第一作者：
刘镕珲（解放军总医院医学创新研究部生物工程研究中心）
通讯作者：
王君（解放军总医院第一医学中心神经内科）
王卫东（解放军总医院医学创新研究部生物工程研究中心）
[REF:Liu R, He H, Zhang L, Fan Y, Wang J, Wang W. In vitro models for the experimental evaluation of mechanical thrombectomy devices in acute ischemic stroke [published online ahead of print, 2022 Aug 15]. Interv Neuroradiol. 2022;15910199221118404. doi:10.1177/15910199221118404] PMID: 35971288
引言
体外实验装置可以模拟血管形状、血流状态和血栓栓塞，是一种简便直观地评估取栓器械的工具。我们回顾了近些年取栓体外模型的相关文章，发现这些研究在血栓模拟物制备、血管模型的材料和形状、回路内的流体动力学环境等方面有一定的差异。本文首先回顾了体外模型中血栓的制备和装置的构成，之后总结了体外实验装置在取栓支架、抽吸导管以及一些新器械新方法评估测试中的应用，最后对目前体外模型的优点和局限做了讨论，并对其未来发展趋势做了展望。
在体外模型中测试取栓器械常需要制备血栓模拟物，这在动物实验中也是需要的。制备血栓模拟物的血液可以来自人类、牛、羊和猪等。制备血栓模拟物可以有很多种方法，在静态环境下使其凝结是一种简便的方法。凝血酶常加入血液中促进凝结。为了控制血栓模拟物中红细胞和纤维蛋白的比例，可以使用将血液离心分离再按一定比例混合的方法制备血栓模拟物。利用钱德勒环，血栓还可以在动态条件下形成。
血栓模拟物的组织成分和力学性质应该与真实血栓相近。血栓模拟物的组织学成分可以通过HE染色、MSB染色以及免疫组化染色等方法判断。血栓力学性质的评价方法包括拉伸、压缩、蠕变、松弛、压痕、流变测试和摩擦性能测试等。在一些取栓的体外研究中使用了非血液材料制备的血栓模拟物，尽管部分材料的力学性质得到测试，但是它们的易碎性是否与真实血栓相似还没有相关报道。
体外实验装置通常包含带有血管模型的流体回路。回路内的液体可以是生理盐水或者甘油与生理盐水的混合物，通常加热到37℃。脉动泵是最常使用的产生近似生理流动的驱动装置，也有一些实验在回路中把流动简化为定常流。压力和流量传感器可以连接数据采集系统。类似的体外实验装置之前也被用来研究威利斯环中的血液流动以及用来分析血栓运动的轨迹。
三维透明硅胶血管模型是最常使用的血管模型。一些研究使用了完整的威利斯环模型，另一些研究使用的单侧前循环模型。玻璃、PMMA以及其他的3D打印用材料也被用来制备血管模型。但是刚性的血管模型材料不能表现血管的变形，可能会有更大的失真。包含完整威利斯环的血管模型由于具有更真实的侧枝循环，可能会有更真实的压力和流量分布，但是目前没有发现对比完整威利斯环模型和单侧前循环模型中内部血流动力学的报道。
一些体外实验装置包含压力传感器、流量传感器和数据采集系统，可以监测回路中的流体状态。通过调节泵的输出和回路的流阻，可以使回路中的压力和流量调整到生理范围。回路需要包含合理的侧枝循环，否则当某段管路发生栓塞，回路中的压力和流量可能会与生理范围产生较大偏差。
在体外实验装置中可以评估取栓装置的开通率、开通时间、通过次数、远端栓塞以及一次通过成功率等。通过使用软硬不同的血栓或者迂曲程度不同的血管模型，可以评估取栓器械在不同情况下的表现。对于取栓支架还可以评估贴壁性和拉动力。对于抽吸导管，实验装置可以用来研究抽吸距离、抽吸角度、导管直径、循环抽吸等因素的影响。支架与抽吸结合、以及进一步结合使用球囊导引导管的开通效果也可以在体外实验装置中评估。
体外实验装置可以用来验证一些新器械和新方法，比如减少取栓过程中栓子逃逸的装置、大管腔的抽吸导管、介入机器人等。主动推挤技术、快速取栓技术等操作也在体外实验装置中进行了验证。
研究远端栓塞：体外实验装置可以对回路中的液体进行收集，便于分析逃逸栓子的大小和数量。
研究器械与血栓的相互作用：通过透明的硅胶血管模型，可以清楚地观测取栓过程中器械与血栓的相互作用。
对数值仿真模型进行验证：有限元模型可以分析取栓过程中的力学问题，体外实验装置可以对有限元模型的准确性进行验证。
首先，体外实验的血管模型和真实血管之间还有相当大差异的。体外实验的血管模型还无法评估取栓造成的血管损伤，而且大多数的血管模型只延伸到M2段。其次，体外实验装置中没有使用真实的血液，无法模拟血栓的形成和分解过程。最后，一些取栓的体外研究缺少回路中的压力和流量监测，这可能导致模型中的流体环境与生理状态相差较大。
未来体外实验装置中可能会集成更多的新技术。模型中可能包含动脉粥样硬化或者钙化斑块模型。组织工程和生物3D打印技术可能会用来制造血管模型。软光刻技术等微流控技术可能会用于制备更小管径的血管模型。体外模型中可能会集成更多的小型化传感器。未来血栓模拟物也可能会更接近真实血栓。
体外实验装置在介入机械取栓器械研究方面有广泛应用，可以用来评价取栓支架、抽吸导管和一些新器械和新方法。体外实验模型在评估远端栓塞、研究器械与支架的相互作用、验证数值仿真模型等方面有优势。尽管现在的体外模型还有一些局限，在将来随着技术的进步，体外实验模型可能会在急性缺血性卒中血管内治疗方面发挥更大的作用。
原文链接：https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/15910199221118404
本文由原文精简翻译而来，用于交流学习，不用于出版，版权属于原文出版机构。
通讯作者简介
王君 教授
解放军总医院第一医学中心
主任医师，教授，中国人民解放军总医院第一医学中心神经介入科主任
本科毕业于解放军第四军医大学临床医学系，曾国家公派美国约翰霍普金斯大学、纽约州立大学布法罗医学院和南卡罗莱纳州立医学院作访问学者，长期从事神经介入工作
国家自然科学基金评议专家
国家卫健委脑卒中防治专家委员会缺血性卒中介入专业委员会副主任委员
中华医学会神经病学分会神经血管介入协作组副组长
中国医师协会神经内科医师分会神经介入学组副组长
中国卒中学会神经介入分会青委会副主任委员
中国卒中学会脑静脉病变分会常务委员
中国卒中学会青年理事会理事
北京医学会神经外科分会神经外科疾病血管内治疗学组副组长
北京医学会介入医学分会复合手术学组副组长
担任《中华内科杂志》、《中国脑血管杂志》、《中华外科杂志》、《中华神经外科杂志》、《中华老年心脑血管病杂志》、《介入放射杂志》、《中国现代神经疾病杂志》等多个杂志的编委、审稿专家
以第一负责人承担国家自然科学基金、科技部重点研发计划等多项国家基金项目，获军队医疗成果二等奖、三等奖各1项，在国内外期刊发表论文50余篇，主译神经介入专业著作3部
王卫东 教授
解放军总医院医学创新研究部生物工程研究中心
工学博士，医学创新研究部生物工程研究中心主任、研究员、博士生导师
从事人工智能、信号与信息处理、生物医学工程等研究和医疗器械研发，擅长生物电子学与信息系统专业
国家科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目2020年度项目负责人
任北京大学、北理工、北航、中科院大学兼职教授，中国生物工程学会生命科学仪器专业委员会副主任委员
获军队科技进步一等奖1项、黄家驷生物医学工程奖一等奖1项，享受国务院政府特殊津贴，授权国内专利、软著29项
点击或扫描上方二维码
查看更多“介入”内容
