神经介入手术中专家阻力感知的量化：一项基于血管壁形变的可行性研究
一、 研究团队与发表信息
本研究由日本帝京大学医学院神经外科的Takeshi Uno和Masaaki Shojima，以及东北大学流体科学研究所的Makoto Ohta等学者共同主导。研究成果以原创研究（Original Research）的形式发表于《神经介入外科杂志》（Journal of NeuroInterventional Surgery），于2026年在线提前发布（epub ahead of print），并于2026年6月23日正式发表。文章标题为《量化颅内导管导航中基于血管壁形变的专家阻力感知》（Quantifying expert resistance perception from vessel wall deformation in intracranial catheter navigation）。该研究属于神经介入手术（Neurointervention）与生物医学工程交叉领域的基础科学研究（Basic Science）。
二、 学术背景与研究目的
颅内血管内手术（Intracranial endovascular procedures）要求极高的导管操作精度，因为脑血管壁薄、迂曲度高且易受机械损伤。在此类手术中，安全导航高度依赖于触觉反馈（Haptic feedback），经验丰富的术者通过感知和解读导管推进过程中遇到的“阻力”（Resistance）来避免血管损伤。然而，这种阻力感知本质上是主观的、经验性的，通常通过“轻柔操作”或“避免用力过度”等定性语言传授给学员，缺乏客观、可量化的基准。这阻碍了技能的标准传授和基于熟练度的标准化培训框架的发展。
以往的研究试图通过测量导管或导丝近端（即术者手持端）的力来量化操作，但这些设备层面的力测量主要反映外部输入的机械力，而非血管壁局部承受的机械负荷与形变。从手术安全性和教育培训的角度看，血管壁的机械响应可能是一个更具临床相关性的量化目标。如果能够通过直接测量血管形变来量化这种机械响应，那么主观的阻力感知就有可能转化为客观、可重复的参考指标。
因此，本研究旨在探索一种新方法：将专家神经介入医师在视觉引导下推进导管时所感知的、与阻力相关的触觉线索，通过血管壁层面的形变测量进行定量表征。 具体目标是：在一个嵌入了应变片（Strain gauge）的迂曲血管模型中，验证专家报告的“轻度阻力”和“不可接受的阻力”是否与特定、可复现的血管壁应变（Strain）模式相关联。
三、 详细研究流程与方法
本研究是一项探索性的可行性研究，其工作流程严谨，可分为以下几个关键步骤：
1. 研究设计与参与者： 研究招募了六位经验丰富、拥有委员会认证的神经介入医师作为操作者。所有参与者此前均独立完成过超过200例神经血管内手术。每名操作者仅进行一次连续的导管导航试验，以评估个体间的一致性，而非个体内的可重复性。研究使用血管模型进行模拟操作，不涉及患者数据，并获得了机构伦理委员会的批准及参与医师的知情同意。
2. 血管模型与应变测量系统： 研究的核心是一个特制的、可量化形变的血管模型。 * 模型结构： 采用商业化的血管训练模型（蛇形模型，Blue Practice Co., Ltd., Japan）。血管部分由聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol, PVA）水凝胶制成，内径3毫米，壁厚1毫米，模拟了血管的粘弹性（Viscoelastic）和低摩擦特性。血管被嵌入柔软的凝胶基质中，使其能自由形变。 * 几何特征： 血管路径模拟从颈段到颅内段逐渐增加的迂曲度，包含一个初始的90度弯和七个连续的180度弯，共九个弯曲（Bend 1-9）。曲率半径从最近端（Bend 1）的12.5毫米单调递减至最远端（Bend 9）的4.5毫米（近似颈内动脉虹吸部的曲率）。 * 应变测量： 在血管外壁第1至第8个弯曲的顶点处，共集成了八个单轴箔式应变片通道。每个应变片的测量轴与血管的纵向轴线对齐，用于检测导管推进时血管壁的轴向拉伸应变。应变数据以微应变（Microstrain, µε）为单位连续记录，采样频率为30 Hz，并经过低通滤波。这些应变值被用作局部轴向形变的相对指标，而非转换为绝对的水凝胶应变或血管壁应力。
3. 导管操作任务： 所有操作者在标准化条件下执行同一任务。 * 设备： 使用8F指引导管（Guiding catheter）、0.014英寸微导丝和0.021英寸微导管进行导航。 * 视觉反馈： 操作者通过监视器观察血管模型的实时视频，但不接收任何实时的应变数据或量化反馈。 * 任务与报告： 操作者被要求从模型近端入口开始，向最远端（Bend 9）连续推进微导管。在推进过程中，他们需要实时口头报告两个关键节点：(1) 首次感知到轻度但可察觉的阻力时；(2) 感知到“不可接受的阻力”时——即操作者判断若继续推进将可能导致血管损伤的阻力水平。为完整表征阻力水平，操作者被允许在报告“不可接受的阻力”后继续尝试推进，直到他们最终判断进一步推进不安全而终止试验。
4. 数据采集与同步： 研究同步记录了三类数据： * 应变数据： 来自八个通道的连续应变信号。 * 视频数据： 俯视摄像头记录导管运动及血管模型的宏观形变。 * 音频数据： 记录操作者的口头报告。 通过后期同步回放，研究者能够将操作者报告“轻度阻力”和“不可接受的阻力”的精确时间点与对应时刻的应变数据关联起来。
5. 数据分析： 对于每个报告的时间点，研究者通过离线分析确定所有八个通道中记录到的最大应变值及其对应的通道位置。主要分析比较了不同操作者在“轻度阻力”和“不可接受的阻力”时，最大应变的大小和空间分布（即出现在哪个弯曲处）的规律。
6. 统计分析： 连续变量以均值±标准差表示。使用配对t检验比较每位操作者在“轻度阻力”和“不可接受的阻力”时的最大应变值，显著性水平设为p<0.05。鉴于研究的探索性和小样本量，统计结果被谨慎解读，并辅以描述性总结。
四、 主要研究结果
研究获得了清晰且一致的结果，揭示了专家阻力感知与特定血管壁形变模式之间的关联。
1. 操作表现与宏观观察： 六位操作者均未将导管推进至最远端（Bend 9），分别在推进至第6-7、7、7、7、6-7和6-7个弯曲时停止了操作。所有操作者均在观察到血管近端反复出现急剧的应变增加后，判断继续推进不安全。模型和设备均未损坏。
2. 导管推进过程中的机械行为模式： 分析揭示了一个跨操作者一致的机械模式：随着导管向远端迂曲血管推进，血管壁应变并非在导管尖端处最大，而是优先出现在更近端的测量位置。并且，随着感知阻力的升级，峰值应变的位置会向近端迁移。 * 在“轻度阻力”时： 导管尖端位于模型中段（约第4-6个弯曲）。最大应变主要记录在第3通道（五位操作者）或第2通道（一位操作者），平均值为 410.8 ± 102.9 µε。此时，导管被观察到沿着血管外壁弓起，导致血管壁向外变形，增大了有效曲率半径。宏观上，在报告“不可接受的阻力”之前，近端（第1弯曲处）已开始出现细微的形变，表明近端负荷重新分布已经开始。 * 在“不可接受的阻力”时： 导管尖端试图向更远端（约第6-8个弯曲）推进。此时，最大应变的位置一致性地迁移到了最靠近入口的第1通道，平均值显著升高至 850.3 ± 219.8 µε（范围：571–1140 µε）。这一变化伴随着导管在第1和第2弯曲之间明显的偏转，以及血管模型近端段显著的外向形变。尽管操作者继续尝试向前操作，导管尖端几乎不再有有效的前进，表明所施加的力更多地被消耗在近端的导管弯曲和血管壁形变上，而非有效传递至远端。
3. 应变值的个体内与个体间一致性： 尽管不同操作者报告的绝对应变值存在差异（轻度阻力：274–578 µε；不可接受阻力：571–1140 µε），但在每个操作者个体内部，模式是高度一致的。“不可接受的阻力”对应的最大应变值始终高于“轻度阻力”时的值，且两者之间没有重叠。配对t检验证实了这一差异具有统计学显著性（平均配对差值为439.5 µε，p=0.0028）。
五、 研究结论与意义
本研究得出结论：在所使用的特定血管模型中，专家神经介入医师在颅内导管操作中的主观阻力感知，与可复现的、可量化的血管壁应变模式相关联。当阻力从“轻度”升级为“不可接受”时，峰值应变不仅数值上显著增加，其位置也系统地由导管尖端近端约两个弯曲处（第3通道）向更近端（第1通道）迁移。
科学价值与应用前景： 1. 概念验证： 本研究首次将专家的阻力判断与空间分辨的血管壁形变测量直接同步，为理解导管-血管相互作用的生物力学提供了新的视角。它表明机械负荷在导管推进过程中并非局限于尖端，而是会在迂曲节段发生重新分布。 2. 教育训练潜力： 这是该研究最突出的应用价值。尽管应变数值是模型特异的，不能直接作为患者体内的安全阈值，但这种方法为神经介入模拟培训带来了革命性的可能。它能够将专家难以言传的触觉和视觉感知，转化为可量化、可沟通的模型特异性参考值。这为建立基于客观指标的熟练度评估（Proficiency-based assessment）和标准化反馈提供了基础，有助于缩小学员与专家之间的经验差距。 3. 未来研究方向： 研究指出了明确的未来工作方向，包括在更接近临床的配置（如三轴系统、动态近端支撑）下验证该现象，纳入不同经验水平的操作者进行重复试验以建立规范基准，以及结合近端力传感与多点应变分析，更全面地理解施加力、系统摩擦与局部壁面形变之间的关系。
六、 研究亮点与创新性
七、 其他有价值的内容
研究团队在讨论部分深入剖析了结果的临床与机械意义，并详细阐述了研究的局限性，这些内容对正确理解研究价值至关重要： * 临床相关性探讨： 研究者指出，在临床实践中，导管与迂曲血管段过度的相互作用可能与内皮损伤、动脉夹层和血管痉挛等并发症相关。本研究虽未评估组织损伤，但为相关机制研究提供了思路。 * 实验设置的影响： 研究者强调，实验中指引导管被固定在入口处，未提供动态的近端支撑。这是观察到的巨大近端峰值应变（第1通道）的重要条件。在临床中，通过推进指引导管或远端通路导管提供支撑，可能会改变负荷分布模式。 * 感知的多模态性： 研究者承认，操作者的阻力判断并非纯粹基于触觉，也整合了视觉线索（如导管和血管的形变）。尽管如此，应变模式仍能一致性地量化这种综合感知的结果。 * 测量技术的局限性： 文章详细说明了应变片测量的是局部轴向应变，可能未捕获周向、剪切应变；读数受水凝胶-应变片传递函数的影响；且测量点是离散的，可能未捕捉全场最大应变。这些说明确保了数据解读的准确性，即应变值应被视为模型内、操作者内的相对形变指标。
这项由Takeshi Uno和Masaaki Shojima等人开展的研究，通过巧妙的工程学设计，成功地将神经介入手术中核心但主观的“手感”进行了初步的客观化映射。它不仅是生物力学与临床医学交叉领域的一项扎实工作，更是迈向数据驱动、标准化神经介入培训的重要一步。