[发明专利]一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统和方法

权利要求书

1.一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统，其特征在于，包括：

图像数据采集模块，用于采集重建脑血管三维几何结构所需的计算机断层扫描图像；所述图像数据采集模块还用于采集计算脑血管三维结构的边界数据所需的图像；

所述图像数据采集模块中用于采集重建脑血管三维几何结构所需的计算机断层扫描图像具体为使用CTA、3D-TOF MRA、3D-PC MRA、3D快速自旋回波序列或者3D-DSA对主动脉肱以上的脑血管动脉部分进行扫描，得到人体脑血管的计算机断层扫描图；

脑血管三维重建模块，用于对图像数据采集模块采集的计算机断层扫描图像进行三维重建，得到脑血管的三维几何结构；

边界条件提取模块，通过对采集到的原始相位增强图像数据进行后处理，提取流体仿真所需的边界条件信息，所述边界条件信息包括脑血管入口和出口的流速、流量信息；

CFD前处理模块，用于对脑血管三维重建模块获得的脑血管三维几何结构进行数值仿真前所需的前处理，所述前处理包括：脑血管三维几何结构平滑处理，面网格和体网格的划分以及仿真所需入口、出口设置，血管壁设置；

CFD计算模块，用于构建模型对所述流体力学仿真过程设置求解方法，求解脑血管三维几何结构各处的血流动力学信息；所述模型包括入口模型、出口模型、血管壁模型和血液模型；其中，入口模型用于设置流体力学仿真的入口边界条件，出口模型用于设置流体力学仿真的出口边界条件，血管壁模型用于设置血管壁的边界条件，血液模型用于设置符合血液流动特点的血流动力学模型；

CFD后处理模块，用于将所述CFD计算模块求解得到的血流动力学数据与实际测得的数据进行对比，用于指导调整仿真数学模型和求解参数，当仿真结果和实际测得的结果接近时，输出最终的血流动力学数据，包括血管内压力、血管壁面切应力、血液流速的三维彩色云图，以及用于表征脑血管储备力的血流动力学特征参数，包括压降系数、血管储备分数、血流流速均值和峰值和血管壁面平均切应力在内的血流动力学参数，实现对脑血管储备力的定量评估。

2.一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真方法，包括以下步骤:

1)采集人体脑血管的计算机断层扫描图像和用于计算边界条件的图像；所述计算机断层扫描图像具体为使用CTA、3D-TOF MRA、3D-PC MRA、3D快速自旋回波序列或者3D-DSA对主动脉肱以上的脑血管动脉部分进行扫描，得到人体脑血管的计算机断层扫描图像；

2)对所述扫描图像进行重建处理，通过重建得到脑血管三维几何结构，并处理相位增强数据，提取仿真所需边界信息；

3)对所述脑血管三维几何结构进行前处理，包括对脑血管三维几何结构进行平滑处理、然后对平滑处理后的脑血管三维几何结构进行面网格和体网格的划分、最后定义血管入口、出口截面以及血管壁位置；

4)构建模型设置流体仿真求解方法，求解所述脑血管三维几何结构各处血流动力学信息；所述步骤4)中具体如下：所述模型包括入口模型、出口模型、血管壁模型和血液模型；其中，入口模型用于设置流体力学仿真的入口边界条件，出口模型用于设置流体力学仿真的出口边界条件，血管壁模型用于设置血管壁的边界条件，血液模型用于设置符合血液流动特点的血流动力学模型；在对入口、出口、血管壁和血流模型的各参数进行设置后，再对求解方法和收敛条件进行设置，通过求解偏微分方程，对每一个网格内的血流动力学信息进行求解，从而来获得各处的血流动力学信息；

5)将仿真结果与测量结果对比，调整仿真数学模型和求解参数，输出血流动力学信息的彩色云图和血流动力学特征参数；首先对仿真得到的血管截面流速和流量信息与磁共振相位增强序列采集得到的血管截面流速和流量信息进行对比，通过修改仿真模型和模型参数，以及网格划分方法，最终使得仿真结果接近实际测量结果，最后将血液动力学信息，包括压力，流速，壁面剪切力映射到脑血管Willis环三维几何结构上，进行彩色云图显示，并输出可评估脑血管储备力的多种血流动力学特征参数，包括压降系数，血流储备分数，血流流速均值和峰值和血管壁面平均切应力在内的血流动力学参数，实现对脑血管储备力的定量评估。