[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

说明书

本发明公开了一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统和方法，包括：图像数据采集模块，用于获取人体脑血管的计算机断层扫描图像；血管三维重建模块，对所述计算机断层扫描图像进行三维重建；边界条件提取模块，对所述脑血管计算机断层扫描图像进行后处理，得到仿真所需边界信息；CFD前处理模块，对所述脑血管三维几何模型进行数值仿真所需的前处理；CFD计算模块，对脑血管三维几何模型各处的血流动力学信息进行求解；CFD后处理模块，将仿真结果与所述边界条件提取模块测得的结果进行对比。本发明采用血流动力特征参数作为评估脑血管储备力的标准，避免了通过脑血管几何结构来判断的片面性，可实现无创、定量和个性化的脑血管储备力评估。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术，尤其涉及一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统和方法。

背景技术

脑卒中(stroke)，俗称中风，是一类急性脑血管疾病的总称，表现为急性和慢性脑出血或缺血症状。它具有发病率高、死亡率高和致残率高的特点，是导致我国成年人致死和致残的首要因素。相关临床研究发现，基于影像学，评估脑血管储备力情况对卒中的预防、诊断和治疗起着非常重要的作用。

传统的对脑卒中后脑血管储备力的评估的影像学技术手段，主要包括PET成像，SPECT成像，Xenon-enhanced CT成像,CT灌注(Dynamic perfusion CT),MRI灌注成像(perfusion-weighted MRI),动脉自旋标记成像(Arterial Spin Labeling MRI),血氧水平依赖成像(Blood oxygen level-dependent MRI)等，这些技术手段可以提供大脑的感兴趣区域内的局部灌注信息，包括CBF、CBV等血流动力学参数来评估脑血管储备力情况，但是无法提供具体到单根血管的储备力情况，并且空间分辨率较低，并且以上大多数测量方法有创、昂贵。经颅超声多普勒技术(Transcranial Doppler Ultrasound)和磁共振相位增强技术(Phase-contrast MRI)可以无创地实现局部血管的流速、流量数据的测量，但经颅超声多普勒技术容易受操作者的主观操作影响，且两种技术一次测量只能提供兴趣血管某一截面的信息，无法提供整段血管和血管网络的储备力情况。如何方便、准确地测量局部脑血管的血流动力学数据，对脑血管储备力的精确评估有着非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统和方法,能够实现满足个体化差异的脑血管血流动力学情况的无创、定量评估，为用户的脑血管储备力情况的分析提供准确和全面的信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于计算流体力学的脑血管储备力仿真系统，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，包括CTA，MRA，3D快速自旋回波序列和3D-DSA数据；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；

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；