醫(yī)學(xué)上采用的心臟支架植入手術(shù)已經(jīng)成為治療心血管疾病的重要手段之一。然而術(shù)后一年左右，病人的支架植入部位會發(fā)生再狹窄病變現(xiàn)象(圖1)，尤其當(dāng)支架植入位置不當(dāng)時，再狹窄病變演化將加速，這已成為冠狀動脈疾病治療的一大難題。以往研究往往采用簡單的壁面光滑“Y”型流道進(jìn)行數(shù)值模擬，計算支架放入后動脈分岔區(qū)域壁面剪切應(yīng)力(wall shear stress, WSS)的影響。這類簡單模擬結(jié)果無法為實(shí)際臨床病例提供可靠信息。

       為了針對真實(shí)病例解決這一問題，中國科學(xué)院物理研究所生物物理實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合中國科學(xué)院力學(xué)研究所LNM室微流動課題組、安貞醫(yī)院心臟病科及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)開展了臨床-實(shí)驗(yàn)-模擬相結(jié)合的合作研究（圖2）。首先由醫(yī)院提供實(shí)際臨床病例，采用血管造影術(shù)掃描病變部位。然后引入3D打印及微流控技術(shù)，將真實(shí)血管病變部位模型“復(fù)制”加工到三維微流控芯片上。力學(xué)所LNM實(shí)驗(yàn)室微流動課題組承擔(dān)了微流控芯片制作及流場測試工作，通過MicroPIV和共聚焦實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測量了實(shí)際病變部位附近的流場并計算了壁面剪切應(yīng)力，給出了臨界壁面剪切應(yīng)力約為0.4-0.5Pa，發(fā)現(xiàn)堵塞會發(fā)生在壁面剪切應(yīng)力小于臨界值的部位，為臨床診斷提供了參考數(shù)據(jù)。

       該研究首次提供了一種復(fù)制真實(shí)病例進(jìn)行體外支架植入手術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究方法，為今后與臨床病例緊密結(jié)合，提供優(yōu)化的支架植入位置，以減小支架植入后再堵塞風(fēng)險的體外實(shí)驗(yàn)做了初步探索。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Scientific reports上（Vol.5:10945, May 2015），力學(xué)所鄭旭為共同第一作者，李戰(zhàn)華為共同通訊作者。該研究得到了國家“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金(及北京市自然科學(xué)基金的支持。

圖1. 動脈堵塞示意圖，(a)放入支架前；(b)放入支架；(c)放入支架后1年發(fā)生再堵塞

圖2. 臨床—實(shí)驗(yàn)—模擬研究的流程圖

圖3. 堵塞部位的流動顯示實(shí)驗(yàn)圖像，其中分岔部壁面A和支架位置B