可扩展算法用于血流动力学仿真计算，阿特瑞如何实现心脑血管疾病的个性化诊断？

心脑血管疾病致死、致瘫率居首，需求明显。于心脑血管疾病爆发前的病变期通过诊断判断病灶危险性，了解斑块的病变程度并进行持续追踪，是有效降低心脑血管发生率，同时防止该疾病恶化关键。

在心血管影像诊断领域，冠状动脉CT血管成像通常评估冠状动脉的解剖学狭窄程度，不能准确判断血管狭窄是否引起相应的心肌缺血。基于CT的冠状动脉血流储备分数（FFRct）测量方法作为一种新的诊断方式，是提升该项疾病诊疗精准性的一项重要应用。

其不仅能够实现对冠状动脉的功能学评估，而且可以从生理学方面评估冠状动脉的狭窄程度是否引起心肌缺血病变。进一步辅助医生进行诊断，减少不必要的冠脉造影，帮助患者节省医疗开支。

经分析发现，该诊断方式仅通过无创成像便能对患者病灶进行功能学判断。在避免无效造影的同时，有效减少患者不必要的医疗支出。“回归医疗本质”的价值由此得以体现。

同时，FFRct还可以以更高效、更低价的方式简化既往诊疗流程，实现医疗效率、效果的提高与医疗费用支出的减少，使之迅速获得医院的认可。

目前，FFRct测量已在《2014欧洲心脏学会心肌血运重建指南》和《中国经皮冠状动脉介入治疗指南（2016）》中获得最高等级IA类推荐使用。随着算法等技术的发展及在医学影像中的应用普及，学界与业界对该项技术倾注表现出足够的信心。关于该项技术的研究与影像FFRct公司成立数量正逐年攀升，杭州阿特瑞科技有限公司（以下简称“阿特瑞”）便是其中之一。

与大部分企业不同的是，阿特瑞将FFRct作为公司系列产品之一，基于公司的核心技术开发出来的其他产品在未来的价值可能会远远超过FFRct，这也是众多投资公司看好阿特瑞的原因之一。

“公司所采用的核心算法具有一个明显的特点，在计算时可以根据需要随意调用所需要的CPU核数量。例如对时间要求不高时，可以在单台电脑上采用一个CPU核计算。但如果时间要求很快，同时可以调用超级计算机上的上千上万，甚至上百万个CPU核进行计算，这种算法在专业上叫做‘可扩展算法’。”联合创始人陈荣民强调。

“FFRct技术大致可分为人工智能技术、简化的流体力学技术、高保真的流体力学技术三类。其中，人工智能在形态学方面具有优势，但在功能学上缺乏理论基础。流体力学方法以经典的物理定律为基础，具有高精度和可解释性强等优势。但流体仿真是一个很复杂的问题，需要成熟高效的算法和高性能计算机，因此要应用该技术提高计算效率很难。许多企业不得不为此简化计算，并付出降低精度的代价。

然而，经过十几年的应用研究，高保真的流体力学技术在工业应用已经非常成熟了。Heartflow公司零几年就开始在血流仿真方面应用研究了。目前该技术已被国际专家广泛认可。纵观国内竞品公司，阿特瑞采用高保真的流体力学仿真技术在超级计算机调用上千核进行快速计算，而其他公司只能做到采用单核或数核计算机进行计算”，阿特瑞联合创始人陈荣民解释道。

据了解，阿特瑞这套高保真流体仿真算法代码，运行在神威、天河2号等全球顶级超级计算上，可以同时调用数千上万核进行计算，在实现高保真的流体仿真的同时，可以确保求解的速度，将计算时效降至十余分钟内。

阿特瑞之所以能够实现技术突破与其团队背景不无关系。公司团队是一支以国际计算领域著名科学家为核心组建的，具有三十余年流体力学、生物医学工程和高性能计算研究经历的科研团队。

该团队主持过多项美国自然科学基金项目、中国科技部国家重点研发项目、国家自然科学基金项目，并发表计算数学、生物医学工程、医学相关顶级期刊论文百余篇。公司从成立以来已经获得两张血流动力学仿真计算的医疗器械证书，可以实现心脑血管多个血流动力学参数的检测。团队将数学、物理学、医学相结合，实现流体力学跨界应用，拥有一套自研的高性能数值模拟算法。

据陈荣民介绍，解Navier-Stokes方程是“千禧难题”之一。经过30多年的研究，阿特瑞团队研发了一套自己的软件，实现在不简化模型，不降低精度的前提下，同等或者更具时效性地计算更多更细小血管中的血流动力学，让仿真结果接近于真实血液流动，提升诊断准确率。不仅如此，为解决大血管的血管壁弹性变形对模拟结果的影响等问题，阿特瑞在计算模型中纳入了流固耦合模型，目前，可以计算的最细血管直径达到0.8mm。阿特瑞创始团队与浙医二院科研团队经过4年的合作研究发现，纳入更多更细的血管进行计算，可以提高准确性和灵敏度，该成果已于2021年发表在欧洲放射性杂志上。

目前，企业已有两款产品上市，多款产品完成研发或正在研发，可应用于心内科、神经内科、肝胆外科、胸外科等。

其产品管线包括无创冠心病辅助诊断系统（阿特瑞分数TM）、支架植入手术规划系统（FFR-Planner）、微循环障碍辅助诊断系统（CT-IMR）、动态FFR（Dynamic FFRTM）监测系统、卒中风险评估系统、动脉瘤血流动力学分析系统、门静脉高压检测软件、腹主动脉瘤血流动力学分析系统、血管健康处方等。

其中无创冠心病辅助诊断系统，于2019年获浙江省创新医疗器械审批，已经由葛俊波院士牵头完成临床试验入组；支架植入手术规划系统，目前已完成开发，进入注册临床试验；与杭州市第一人民医院联合开发的微循环障碍辅助诊断系统，能够实现基于冠脉CT的无创微循环诊断，入选省重点研发项目，已完成近百例真实病例的验证；卒中风险评估系统，则由阿特瑞科研团队与国内多家著名机构及专家联合研发，入选国家重点研发项目。Angio-FFR的关键耗材已经初步完成开发；颅内动脉瘤分析软件即将完成开发；肝动脉高压检测系统已经完成关键技术的攻关，进入真实病例的验证阶段。

值得一提的是，阿特瑞首次提出动态FFR概念，即将FFR概念做到可穿戴产品中，实现随时监测不同生理状态下的FFR值。阿特瑞认为只有纳入了个性化参数计算方法，同时能够以便携、便用的形式投入大规模应用的产品，才能发挥它的最大价值，有效降低心源性猝死率。据了解，动态FFR项目目前已进入试用阶段。

谈及产品线规划，陈荣民表示：“在产品设计开发上，我们的原则是同一个应用场景只做最好、最有价值的一款产品，并尽量做到对一种疾病的全周期应用覆盖。例如对于冠心病，在预防性筛查阶段，我们只做基于CT的FFR。在冠心病的确诊阶段我们也有对应的产品，暂时命名为Angio-FFR，它比FFRct的准确性更高。在冠心病人需要进行支架植入治疗阶段，我们有手术规划产品FFR-Planner，辅助医生提前选择支架和确定支架植入位置和数量。在冠心病人术后和日常生活中，我们有动态FFR，实时监测病人的心肌缺血状态，起到预防报警的作用。这些产品覆盖了冠心病人全时间段的应用场景。同理，在脑血管方面我们也会按这个思路去开发产品。”

未来，阿特瑞还将以心脑血管产品为主，逐渐扩展到其他器官，例如肝血管、肾血管、肺血管等。

心血管诊断医疗公司HeartFlow验证了FFR的商业价值及市场前景。阿特瑞团队则基于自身对于行业的理解，结合数学、物理学、医学给出了相应解决方案。

尽管各个公司之间产品略有交集，但其具体落点及战略各具特点，分别从不同角度持续对心血管疾病精准诊断方法进行相应探索，并衍生出丰富产品，多维度提升医疗诊断精准度及效率。

在谈话最后，陈荣民谈及了其对于FFRct及企业核心解决方案的认知：“流体仿真计算需要获得两方面的基础数据，数学物理模型和与模型对应的边界条件。首先，我们认为每个人的血管三维图都不一样，是个性化的。另外，边界条件也包含了例如血压、心率、血液粘稠度等生理参数，也是个性化且随时变化的。因此，算法需要采用个性化参数进行计算。

阿特瑞的核心就是流体仿真技术。即用同一个算法，解不同形态和形状的流体状态。我们的算法把这些个性化的参数都考虑进去了，因此通过我们的计算方法可以预测不同时间不同生理状态下的血流动力学参数，我认为这样的方法比有创方法，以及考虑均值算法的产品更有价值。阿特瑞因为有一套先进的软件，因此在同行都在从简化模型和参数来提高计算效率，而阿特瑞却反其道而行之，尽量纳入更多更细的血管，考虑更多的真实参数，让仿真出来的结果更加接近于真实情况。”