脑动脉粥样硬化所导致的血管狭窄或闭塞可严重影响脑血流的供给，脑血流不足时可引发脑细胞损伤，情况严重时可进一步导致脑卒中甚至患者死亡。然而已有研究证实，血管的狭窄程度和血流的供给不一定相关。例如，自身侧支循环开放良好的患者，血流可得到足够代偿，预后良好。

因此患者血流动力学变化才是诊断的关键。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院数字所工程与科学计算研究室在基于并行计算的血流动力学分析方法研究中取得进展。团队与北京天坛医院团队合作研究成果“基于计算流体动力学方法的脑血管狭窄的功能性评价的探索”在线发表在《脑血流与代谢杂志》上。

该研究首次在脑血管病诊断中引入基于计算血流动力学分析方法的功能性指标——血压分数（Fractional Pressure Ratio, FPRCFD）。研究发现，通过计算测量的血压分数与临床通过介入方法测量的血压分数具有显著的一致性（如图）。同时通过计算发现狭窄患者的血液“盗流”现象，该发现与患者的临床症状一致（如图A）。因此，基于计算的血流动力学分析方法是一种无创且准确的评价手段，对于脑血管病的临床诊断具有广阔的应用前景和价值。

图：三组（每横排为一组，左：术前，右：术后，其中第一例通过计算和实际测量提示患者无需介入治疗）计算案例显示计算和测量结果高度一致（实线：介入导丝测量；虚线：计算血流动力学测量）

工程与科学计算研究室近年积极与国内外知名医院及大学合作开展基于血流动力学分析方法的基础和应用研究，研究员蔡小川（中组部“千人计划”，美国SIAM Fellow）、研究员刘嘉（深圳“孔雀人才”，中国卒中学会脑血流与代谢分会副主任委员）、副研究员陈荣亮（深圳“孔雀人才”）及实验室团队积极开展将超级计算机应用于临床研究，目前研究室自主研发的软件包已在神威太湖之光、天河二号等超级计算机上完成了测试，实现了数十万核的并行计算。2016年，团队与吉林大学第一附属医院、北京天坛医院、香港威尔士亲王医院、清华大学共同合作获批科技部“国家重点研发计划重点专项项目-数字化脑血流储备功能诊断评估技术及其应用研究”。随着该项目的开展，深圳先进院将与临床和医学成像研究团队一同将高性能计算技术应用于临床为患者服务。

文章链接：

Jia Liu, et al, "Functional assessment of cerebral artery stenosis: A pilot study based on computational fluid dynamics," J Cereb Blood Flow MetabOctober 4, doi:10.1177/0271678X16671321

刘嘉研究员简介：

中科院深圳先进技术研究院研究员，博导

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研究方向：生理系统数学建模、生理信号测量系统研究与开发。成果应用领域：医学诊断、医疗器械。研究成果实现转化，2014年孵化中科新知科技有限公司。

蔡小川研究员简介：

中科院深圳先进技术研究院研究员，博导，国家千人计划入选者

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研究方向：求解偏微分方程的高可扩展并行算法和高性能计算软件研究，具体包括：区域分解法、多重网格法、数值线性代数、微分方程约束的最优化方法、反问题、随机微分方程、计算流体动力学、等离子体计算以及计算生物力学等。

（本文信息来源：中科院深圳先进技术研究院；）

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