开创性的模拟方法帮助研究人员开发出更好的设备。
曾经被认为是风险的，今天的支架程序被视为安全和常规。事实上，每年超过一百万患者在美国的心脏病患者接受支架植入物。虽然支架拯救生命，但血栓和心脏病等副作用仍然很常见。该区域的研究受到人类动脉系统的复杂性的复杂性，因为有太多的变量和太多数据来筛选到筛选。
麻省理工学院(MIT)健康科学与技术教授、哈佛医学院医学教授Elazer R. Edelman博士和麻省理工学院Edelman实验室博士后助理Vijava B. Kolachalama博士正在致力于改进支架。这些研究人员正在利用CFD建模、台式实验、动物建模和可视化，帮助彻底改变心脏治疗的世界。
Edelman和Kolachalama正在使用CFD来研究从支架递送的支架和药物如何治疗动脉并同时引起血栓。他们还希望利用该技术预测与支架植入物的特定动脉是有血栓的风险。“如果我们可以准确预测问题，”爱德尔曼博士说，“我们可以帮助临床医生确定何时与患者有关药物或其他程序的何时更加警惕。”结果可以帮助医疗器械公司开发更安全，更有效的支架并援助监管审批过程。他们的工作可能导致能够为患者设计单个支架。
今天的病人治疗
为了重新打开阻塞动脉，医生在插入患者的动脉的导管结束时将气球充气，以对动脉壁的紧凑型动脉粥样硬化斑块。该Proce-Dure被称为血管成形术。直到最近，医生们将安装一个小金属网管或支架，以保持斑块捕获回到动脉。支架防止这种反冲，但组织随着愈合反应的一部分而在支架上生长。在25-50％的病例中，这种反应如此严重，通过动脉流过一次，再次不足，需要另一种程序。
为了防止再堵塞，科学家们开始在支架上涂上药物，这些药物通常嵌入一种薄的聚合物材料中，以便及时释放。这种被称为“药物洗脱支架”的植入物将重复手术的需要减少到不到10%。然而，尽管药物洗脱支架防止了组织和斑块堵塞，但它们对一小部分患者产生了新的和不同的问题，导致危及生命的副作用，如血栓和心脏病发作。
模拟复杂结果
Edelman和Kolachalama发现血凝块的几率随着药物输送量的增加而增加，他们意识到需要一种有效的方法来识别和预测复杂动脉血管支架的药物输送模式。
人体实验和动物实验为支架和药物的生物反应提供了有价值的数据。然而，研究人员不能仅从这些研究中检查药物分布的可变性问题。现代成像技术无法提供药物模式的完整视图，而患者的可变性使其无法跟踪起作用的大量变量。即使是动脉几何形状或自身疾病的细微差异，药物输送量，动脉不同部位药物吸收的变化，或支架植入的方式，都可能对药物吸收产生显著影响。
Edelman和Kolachalama创造了生理相关的流体动态模型。动物和人类数据为CFD模型提供了正确的输入条件，并且通过重复地以精确相同的方式测试多个变化来利用这些工具的功率。
目标是模拟在多重复杂但生理相关条件下发生动脉中的发生。“正是在这里，CFD建模和可视化是理想的，”爱德尔曼说。“我们帮助人们了解CFD是整合生理数据和复杂的非直观条件来回答医学中重要问题的完美工具。”
研究人员通过从多种来源收集生物公制数据以及多种格式来创建将根据多变量或参数解决的数学模型来开始工作。然而，仿真结果是数值格式，使人体脑难以解释。但是，使用Tecplot 360 CFD可视化工具，Edelman和Kolachalama产生的视觉效果，显示动脉和药物如何在不同的条件下表现 - 类似于看X射线或视频范围的视觉结果。
此图像显示表面轮廓图药物在分叉动脉中的浓度。药物从支架表面释放出来，红色表示有更多药物的区域。蓝色表示药物浓度低。麻省理工学院的研究人员预测，药物分布的复杂模式取决于许多因素，包括进入分叉处的血液流动和分叉处分裂的性质。插图显示药物模式(B)在主要分支侧壁和(A)在分叉处附近区域的高倍图像。
所得到的图像提供了深入了解从支架中沉积的药物受支架定位的影响，血流变化的血流与支架本身产生的血流和血流变化。
“通过观察各种环境的动脉药物分布模式，我们了解从支架中释放的药物不会均匀地达到容器的所有区域;Edelman表示，这种不均匀性取决于支架放置在动脉中的血液以及进入船只的血流。““欣赏这种现象，以获得更复杂的案例，如分支血管是非直观的，但我们现在有一个计算机模型，为我们提供了急需的洞察力。”
提高安全性和有效性
这两位研究人员预计CFD建模和可视化，以改善支架植入物的安全性和有效性。“我们现在有手段以不可能的方式研究在动脉中的支架放置，”爱德尔曼说。“这对工程师产生了巨大的影响，因为它们开发了旨在减少并发症的新设备。”
此外，Edelman和Kolachalama认为，CFD建模和可视化将有助于通过提供监管机构来简化监管程序，以确定所提出的支架技术的提出变化是否足以需要新的临床试验。
最终，Edelman和Kolachalama希望CFD建模和可视化能够帮助医生为患者做出更好的决定。由于每个病人的动脉情况不同，支架的类型和品牌也不同，而且可以在短时间内做出关键的、挽救生命的决定，医生将能够通过数据分类，为特定病人选择最佳的支架——基于事实而不是感知。
Tecplot CFD的优势
为了获得所需的高级数据可视化，研究人员采用了Tecplot 360 CFD可视化软件，可让您快速绘制绘图，并以最大精度，细节，准确性提供复杂的数据。
Tecplot帮助研究人员使用了几种不同的CFD预处理和求解器包，其中许多是基于各种格式。此外，据报道，Tecplot 360的功能比其他后处理器更容易使用和更快地学习。而且，图像质量非常好，更容易磨练图像中的细节。类似地，“多块处理”的可用性允许研究人员打开某些块和其他块，从而允许它们选择动脉的不同部分并调查该区域。
Edelman and Kolachalama believe CFD modeling and visualization will eventually allow doctors to use computers to compile all the options available, input them along with a patient’s medical data into a virtual artery, and sort through all the variables to determine which stent is best for that patient as they are doing the procedure.
麻省理工学院
www.mit.edu.
Tecplot.
www.tecplot.com.
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