[发明专利]一种基于零维血流动力学模型的FFR快速计算系统模型

说明书

一种基于零维血流动力学模型的FFR快速计算系统模型，属于血流动力学数值模拟领域。所述系统包括：构建个性化零维血流动力学模型，狭窄阻力理论计算模型，确定狭窄阻力，FFR模型。静息状态下，通过冠脉后负荷和包括心脏在内的其他模型参数个性化零维模型。充血状态下，将阻力模型输出的狭窄阻力作为零维模型的输入，影响零维模型冠脉各分支的流量分配，再将零维模型输出的狭窄分支流量作为阻力模型的输入，重新计算狭窄阻力。两个模型如此反复迭代直到流量与阻力匹配，最终确定狭窄阻力，得到冠脉各分支压力，由充血状态下狭窄远端与主动脉根部平均压力的比值计算FFR。该系统可快速准确地计算FFR。本系统快速准确。

技术领域：

本发明属于血流动力学数值模拟领域。尤其涉及一种基于零维血流动力学模型的FFR快速计算系统。

背景技术：

冠脉的狭窄是导致心肌缺血从而引发心血管疾病的主要原因。目前临床诊断功能性心肌缺血的“金标准”是血流储备分数(FFR)。它被定义为冠脉狭窄时最大血流量与同一支冠脉无狭窄时最大血流量的比值。基于在心肌微循环阻力恒定且小到忽略不计时的心肌血流量与灌注压成正比的概念，可被化简为最大充血状态下狭窄远端的平均压力与主动脉根部的平均压力的比值。临床上通过侵入式导管插入术来直接测量压力。但是，这些侵入式测量技术存在一定的风险，且费用高。因此无创计算FFR对临床应用具有重大意义。

目前常用的无创计算FFR的方法是基于CTA图像，结合个性化冠脉零维血流动力学模型，构建0D-3D耦合的几何多尺度血流动力学模型，采用计算流体动力学方法计算静息和最大充血状态下冠脉内的流场和压力，实现FFR的无创计算。但是这种计算方法由于需要零维模型和三维模型进行耦合迭代计算，模型复杂，计算量大，仿真时间长，因此提出一种快速计算FFR的方法很有必要。

零维血流动力学模型由于参数少、生理意义明确，计算简单而常被用来模拟人体心血管循环系统。最早的零维血流动力学模型是Frank(1899)基于弹性腔理论提出的二元件模型。弹性腔理论把大动脉血管类比为一个弹性腔，将小动脉血管及毛细血管类比为弹性腔的外周阻力，心脏作为动力源，首先把血液压入弹性腔，之后血液再通过弹性腔的弹性压缩以及外周阻力的作用下，流入到人体各个组织。为了能够更真实地模拟心血管循环系统，学者们先后提出了三元件模型、四元件模型、五元件模型、改进的五元件模型等各种多元件的零维血流动力学模型。通过建立血流参数和电路参数的等效关系，将复杂的心血管系统简化为零维血流动力学模型(由各种电学元件构成的电路回路，即零维血流动力学模型)，进而通过零维血流动力学模型提供所代表区域量化的压力和流量信息实现对血液循环系统中血液流动特性定量的分析。因此可以通过建立冠脉零维血流动力学模型来模拟静息和充血状态下冠脉的血流动力学，提供冠脉各分支的压力流量波形，实现FFR的快速计算。

发明内容：

本发明提出一种基于零维血流动力学模型的FFR快速计算系统，该系统的优势在于基于零维血流动力学模型模拟冠脉的血流动力学，大大的简化了模型，减少了模型计算量，提高了仿真速度，对于快速计算FFR具有重要意义。

技术方案如下：

一种基于零维血流动力学模型的FFR快速计算系统模型，其包括如下模型：

(1)构建个性化零维血流动力学模型；

(2)构建狭窄阻力理论计算模型；

(3)确定狭窄阻力模型；

(4)计算FFR的模型。

其中所述(1)包括如下：

1.1基于冠脉CTA图像提取出每一支冠脉血管长度l、血管直径d、横截面积A等冠脉的个性化解剖参数以及冠脉狭窄处直径Ds、狭窄远端直径Dd和狭窄长度Ls等狭窄病变的个性化解剖参数；