[发明专利]基于计算流体力学的冠状动脉血流仿真系统和方法

说明书

本发明提供一种基于计算流体力学的冠状动脉血流仿真系统和方法，包括：计算机断层扫描数据获取系统，用于获取人体心血管的计算机断层扫描图像序列；血管三维模型重建系统，对提取出的图像序列三维重建得到三维冠状动脉血管模型；CFD前处理系统，对所述三维冠状动脉血管模型进行流体力学计算所需的前处理；CFD计算系统，解算血液在冠状动脉血管内的三维流动控制方程，输出计算结果；后处理系统，将所述计算结果附加到所述三维冠状动脉血管模型的对应位置，并进行彩色云图显示。本发明采用计算冠状动脉FFR作为评估冠状动脉功能的标准，避免了通过冠状动脉解剖学角度判断心肌供血情况带来的不足，对患者没有创伤并且成本较低。

技术领域

本发明涉及计算机仿真技术领域，特别涉及一种基于计算流体力学冠状动脉血流仿真系统和方法。

背景技术

冠状动脉性心脏病(CHD,coronary artery heart disease)，简称冠心病，是一种最常见的心脏病。是指因冠状动脉狭窄、供血不足而引起的心肌机能障碍和/或器质性病变。

冠状动脉是主动脉的分支，负责供应氧和营养素予心肌，并且没有旁支。当冠状动脉被粥样硬化斑块或血凝块堵塞时，便会引致心脏供血不足。如果动脉粥样硬化斑块发生在冠状动脉，演化至后期引起的后果是心肌需氧大于供氧，心肌供氧量和需氧量失衡时会出现心肌缺血伴收缩功能减退、心律失常甚至心肌梗死、心脏病突发等。患者会感受到胸痛、慢性稳定型心绞痛或不稳定型心绞痛等等症状，最严重的可导致死亡。根据世界卫生组织的数据，心血管疾病无论在中国范围内还是世界范围内，都是造成人类疾病死亡的头号死因。

动脉粥样硬化其发生和演变可以维持很长时间，而没有临床症状。当粥样硬化斑块引起血管内壁狭窄超过60％时，在血液供应需求增加的时候就会出现缺血。因此临床上需要进行检查以得到患者心脏的冠状动脉损伤的区域大小、形状、位置、危险程度、是否影响血流供应等信息。

现有医学成像技术中，对于血管狭窄的检测还处于CT和介入的动脉造影影像学阶段；以及FFR的侵入性测量阶段，单纯通过解剖学影像很难判断患者心肌供血是否充足，尤其是对于临界状态的病变；另外，造影和FFR测量需要放置传感器、压力导丝等到患者体内测量，其有创性无疑对病人的身体带来伤害，造成了病人心理和生理的痛苦，增加了医疗成本并且增加了患者的死亡风险。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

一方面，本发明提供一种基于计算流体力学的冠状动脉血流仿真系统，包括：

计算机断层扫描数据获取系统，所述计算机断层扫描数据获取系统用于获取人体心血管的计算机断层扫描图像序列；

血管三维模型重建系统，所述血管三维模型重建系统用于对所述计算机断层扫描数据进行提取，根据所述人体心血管的计算机断层扫描图像序列提取冠状动脉血管的断层扫描图像序列，对提取出的图像序列三维重建得到三维冠状动脉血管模型；

CFD前处理系统，所述前处理系统用于对所述三维冠状动脉血管模型进行流体力学计算所需的前处理，所述前处理包括：在所述三维冠状动脉血管模型加载计算设置以及边界条件参数，进行网格划分；

CFD计算系统，所述CFD计算系统用于解算血液在冠状动脉血管内的三维流动控制方程，输出计算结果，所述计算结果包括压力、血流储备分数、血液流速中的一种或多种；

后处理系统，所述后处理系统将所述计算结果附加到所述三维冠状动脉血管模型的对应位置，并进行压力、血液流速、血流储备分数的彩色云图显示。

另一方面，本发明还提供了一种基于计算流体力学的冠状动脉血流仿真方法，包括：