三维患者特异性脑血流速度模拟：个体化卒中预防与治疗的新范式

为解决脑血管疾病个体化诊疗中动态血流评估的临床需求，Johanna Rosemarie Leyhe团队开发了基于CTA和nvUS的3D患者特异性脑血流模拟系统StroQ。研究通过对比53例TIA/小卒中患者的TCCD测量数据，验证了该模型在PSV、EDV和MFV参数上的准确性（ICC≥0.750，p<0.001），差异率<5%。这项发表于《Computational Biology and Chemistry》的成果为个性化血压调控及血运重建决策提供了新工具。

　　

脑血管疾病是全球致残致死的主要原因，但现有影像技术存在明显局限：CT血管造影（CTA）和磁共振血管成像（MRA）虽能清晰显示血管形态，却无法获取动态血流参数；经颅多普勒超声（TCCD）虽能测量血流速度，但受操作者经验、骨窗条件限制，且20%患者无法获得有效数据。更关键的是，这些技术均难以预测个体在低灌注状态下的代偿能力，而Willis环（CoW）的解剖变异恰恰是决定卒中易感性的核心因素。

为突破这些技术瓶颈，德国哥廷根大学医学中心神经科的Johanna Rosemarie Leyhe团队开发了创新性StroQ软件，通过融合患者特异性CTA解剖数据和超声血流参数，建立了首个可临床验证的3D脑血流动力学模型。这项发表于《Computational Biology and Chemistry》的研究，标志着计算流体力学在神经血管疾病领域的重要应用突破。

研究团队采用多模态数据融合技术：对53例NIHSS≤4分的TIA/小卒中患者，采集0.75mm层厚CTA构建3D血管模型，结合nvUS测量的颈内动脉（ICA）和椎动脉（VA）血流速度作为边界条件，采用Casson非牛顿流体模型和有限体积法进行流体-结构相互作用模拟。所有患者均排除大动脉粥样硬化（LAA），并通过DEGUM认证专家进行标准化TCCD检查，测量大脑中动脉（MCA）、大脑前动脉（ACA）等颅内血管的PSV、EDV和MFV参数。

3.1 血流速度验证

模拟结果与TCCD测量值呈现高度一致性：前循环血管PSV差异仅2.6cm/s（4.5%），后循环中基底动脉（BA）的ICC达0.827（p<0.001）。特别值得注意的是，当TCCD采用角度校正时，MCA的测量差异降至2%以内，证实角度偏差是传统超声低估流速的关键因素。

3.3 血流量分析

模拟获得的颅内血管血流量与文献报道范围相符，首次实现了Willis环次级分支的血流动力学可视化。例如在单侧ICA狭窄病例中，模型清晰显示出对侧血管的代偿性流速增加（见图1B），这种定量分析为侧支循环评估提供了新维度。

3.4 技术优化发现

对比有无角度校正的TCCD数据发现，未校正组对BA流速低估达14.4%（p<0.05），这解释了既往研究中模拟与测量值的系统性偏差。该发现直接推动了超声操作规范的改进。

这项研究的临床意义远超方法学验证。通过建立个体化脑血管数字孪生模型，医生可预演不同血压目标下的脑灌注变化，为颈动脉内膜切除术（CEA）或支架植入提供决策支持。例如模型能量化狭窄远端临界灌注压，预测血运重建后的血流再分布模式，这是现有影像技术无法实现的。

在讨论部分，作者特别指出该技术的三大应用前景：

1）急性卒中场景中，可模拟缺血半暗带的时空演变，扩展静脉溶栓的时间窗选择；

2）未破裂动脉瘤评估时，能计算壁面剪切力（WSS）预测破裂风险；

3）慢性缺血患者中，通过模拟动脉粥样硬化进展轨迹，实现精准的一级预防分层。

当然，当前模型仍有提升空间。1mm的CTA分辨率限制了对穿支动脉的建模，且未考虑血管壁顺应性和自主调节功能。研究团队透露下一代模型将整合7T-MRA的高分辨数据和人工智能自动分割算法，并计划在LAA患者中验证治疗预测效能。

这项研究标志着计算医学在神经血管领域的里程碑式进展——它首次证明基于常规临床数据的三维模拟，能可靠复现个体脑血流动力学特征。随着医疗AI的发展，这种"数字孪生"技术或将重塑脑血管病的诊疗范式，使"量体裁衣"式的精准医疗成为现实。