研究冠状动脉血管相关功能的低成本仿 真方法，由此通过非侵入性手段获取患者心肌FFR值等血流参数，这种方法应该具有能针 对不同病人的特异性，可靠性以及准确性。
[0046] 如图1所示为本发明提供的一种基于计算流体力学的冠状动脉血流仿真系统的 结构框图，包括：
[0047] 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；
[0048] 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；
[0049] 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；
[0050] 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；
[0051] 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。
[0052] 本发明提供的系统可以针对不同的患者特异性地进行冠状动脉血液流动模拟，该 系统和方法所使用的参数和数据都从患者身上测得，三维几何数据来自于CT图像，而血压 等数据可以来自于患者上臂测量到的血压，血流速度数据可以来自于多普勒血流计或者 MRI数据。因此能直接评估出患者冠状动脉的FFR计算值，避免了造影、CTA等技术通过冠 状动脉解剖学角度判断心肌供血情况的不足，患者没有创伤，成本较低，并且能更准确了解 心肌血流供应情况，对判断临界病变是否需要干预提供可靠的依据。
[0053] 所述断层数据获取系统能够接收、传递、储存患者医学检查的数据，尤其是计算机 断层扫描图像，例如：CTA、和MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像）等，这些计 算机断层扫描图像包含患者身体的相关数据信息，尤其是心血管的三维或者四维信息。
[0054] 通过可移动存储介质或者网络或者数据线传递数据，为了方便医学检查数据的接 收和传递，所述计算机断层扫描数据获取系统可以通过多种方法进行数据信息的传递，通 过可移动存储介质，例如硬盘或者光盘，或者局域网或者万维网等等方法，可以保证患者信 息的及时更新和接收传递方便，兼容多渠道获取计算机断层扫描图像。
[0055] 如图3所示为本发明中心血管三维模型重建示意图，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，根据冠状动脉血管的计算机断层扫描图像序列 进行三维重建，得到三维冠状动脉血管模型，并且为了模拟一些特殊的情况，例如：模拟血 管变狭窄、血管内放入支架或者模拟架桥手术等等，三维模型可以自动地或者手动进行修 改。由医学图像重建人体三维血管，需要进行图像信息提取、切分以及三维重建等工作，以 去掉不感兴趣的内容，并尽可能真实地复现血管三维空间结构。其中，图像质量、粥样硬化 斑块等会对重建后的三维几何结构产生比较大的影响；获得准确CFD计算结果的前提是要 有准确的血流三维几何模型。
[0056] 可选的，所述血管三维模型重建系统还用于：
[0057] 检查计算机断层扫描数据中是否包括支架或者斑块，如果包括则用边界识别算 法，识别出其边界，然后去除所述支架或者斑块；
[0058] 如果所述三维冠状动脉血管模型拟进行冠状动脉搭桥，则在重建的三维心血管模 型上将主动脉与冠状动脉血管系统进行连接；可以为介入手术和搭桥手术效果预测提供三 维血管几何修改功能，修改后的几何模型可用于手术效果的预测。
[0059] 上述血管三维模型重建系统还能够用于人体其他部位血管、骨骼和组织的三维重 建，以进行医学诊疗和工程科学计算，从而扩展了工程计算在医学图像与诊断方面的应用， 有着广阔的应用前景和具体的可操作性。
[0060] 可选的，所述边界条件包括血流入口边界条件、血流出口边界条件、血管壁面边界 条件的一种或多种；
[0061] 所述血流入口边界条件包括耦合模拟电路入口边界条件、血流压力入口边界条件 和血流速度入口边界条件的一种或多种；
[0062] 所述血流出口边界条件包括模拟电路出口边界条件、血流阻力出口边界条件和小 血管树边界条件的一种或多种；
[0063] 所述血流壁面边界条件包括非滑移壁面边界条件、滑移壁面边界条件、刚性壁面 边界条件、单向流固耦合壁面边界条件和双向流固耦合壁面边界条件的一种或多种；
[0064] 在所述三维冠状动脉血管模型加载设置的边界条件参数，包括：将所述血流入口 边界条件、血流出口边界条件、血管壁面边界条件加载到所述三维冠状动脉血管模型的相 应位置，例如：出口或者入口，如图4所示为心血管的三维模型示意图，包括左右冠脉和一 部分主动脉，具有一个入口和多个出口。
[0065] 由于人体的血管数量繁多，影像学，例如CTA图像中能重建出的三维血管几何体， 其最小直径在Imm左右，再小直径的血管使用目前的技术无法重建。并且，人体血管是一个 极为复杂的网状、相互连接的系统，如果把所有血管包括大动脉小动脉毛细血管和静脉都 作为计算域进行流体力学计算，其计算量大大超出了现有计算机硬件的处理能力。因此可 以将影像学中无法提取出的、下游的小动脉和毛细血管网，简化后作为解析域，而将影像学 能够提取出的较大血管作为计算域，并将解析域以边界条件的形式加载到计算域上，再对 该加载了解析域的计算域进行建模和流体力学计算。
[0066] 边界条件可以包括血流入口边界条件、血流出口边界条件、血管壁面边界条件的 一种或多种。这样一来，便可以根据流体力学计算的结果来获取患者的血管、血流的多种参 数，通过与正常值相比较，可以判断患者的相关指标是否处于正常范围之内。
[0067] 其中，入口边界条件例如可以包括耦合模拟电路入口边界条件、血流压力入口边 界条件和血流速度入口边界条件的一种或多种。
[0068] 耦合模拟电路入口边界条件是使用电路模型来模拟心脏运行。电流代表血流量， 电压代表血压，电阻代表血液流动阻力，电感代表血液惯性，电容代表血管壁弹性；这样可 以根据冠状动脉入口处的电压和电流值来得到后续的流体力学计算中所需要的冠状动脉 入口处的血压或者血流速度。
[0069] 当使用患者身上测量到的血压或者血流速度时，即可不使用模拟电路边界条件， 直接将测量值施加到入口上。例如，由患者上臂测量到的血压数据，加上一个差量（5~ IOmm Hg左右）即可粗略地认为是患者心脏主动脉处的血压，直接施加为压力入口边界条 件即可。
[0070] 出口边界条件例如可以包括模拟电路出口边界条件、血流阻力出口边界条件和小 血管树边界条件的一种或多种。
[0071 ] 与耦合模拟电路入口边界条件类似，在模拟电路出口边界条件中，仍然用电流代 表血流量，电压代表血压，电阻代表血液流动阻力，电感代表血液惯性，电容代表血管壁弹 性。
[0072] 此外，小血管树边界条件（Structured Tree)使用一定的算法来模拟出一个下游 的小血管网，该算法假设每个根血管都是二分支，每个分支都延伸一定的长度；一个分支分 成两个子分支，两个子分支分成四个子分支等等，如此往复直到分支直径到毛细血管量级 为止。计算每一段的血液流动阻值再求总阻值，即为计算域中的该血管出口处的流动阻值。
[0073] 壁面边界条件例如可以包括非滑移壁面边界条件、刚性壁面边界条件、单向流固 耦合壁面边界条件和双向流固耦合壁面边界条件的一种或多种。刚性壁面边界条件认为血 管壁是固定的，也就是流体网格不发生变化；流固耦合壁面边界条件认为血管壁是有弹性 的，先求解流体场，得到流体对血管壁的压力，然后再求解血管壁的固体区域，得到血管壁 的形变值，再反馈到流体场等如此往复直到达到稳定。在简单的计算中，可以认为血管壁是 刚性的。
[0074] 可选的，所述CFD前处理系统还用于：划分网格、确定边界条件以及确定CFD计算 所使用的血液物性参数，如：血液密度和/或者粘度。
[0075] 通过本实施方式的方法，可以通过流体力学计算来获得血流速度、压力、FFR等参 数中的一种或多种。
[0076] 真实FFR值主要通过测量冠状动脉狭窄远端压力与主动脉根部压力之比来获得， 狭窄远端压力可以通过压力导丝在最大灌注血流（通过冠状动脉内或静脉内注射罂粟碱 或腺苷或ATP)时测得；术中经静脉或冠状动脉内使用血管扩张剂（常用腺苷，也可以三磷 酸腺苷（ATP)替代，主要作用于心肌微循环）使最大程度心肌充血，心肌内血管阻力接近均 衡，此时测量冠状动脉病变下游与上游血压，比值即为FFR。当计算FFR值时，可以通过流体 力学计算出血管当前位置的压力，再除以血流入口处的压力，即可得到FFR值。
[0077] 血流动力学和一般的流体力学一样，其基本的研究对象是流量、阻力、和压力之间 的关系。由于血管是有弹性和可扩张性的管道系统，血液是含有血细胞和胶体物质等多种 成分的液体而不是理想液体，因此，血流动力学除与一般流体力学有共同点之外，又有它自 身的特点。
[0078] 首先是定义计算涉及到的材料属性，例如患者血液的密度、粘度，血管壁的杨氏模 量、密度等等流体固体材料性质，以及这些材料性质是否是线性的，即材料性质随着流场参 数的变化而变化。
[0079] 其次，需要确定使用稳态计算或是瞬态计算。瞬态计算可以模拟患者一个或几个 心脏周期内冠状动脉的血流情况，也可以模拟患者在服用药物、运动休息或者突然起立等 不同情况下冠状动脉内血流情况。稳态计算则是在结果精度要求不高的情况下，模拟某一 个时刻的血流情况，计算量比较小，计算速度快。为了更能准确地模拟患者心脏跳动的周期 性和身体条件的突然变化等情况，典型的冠状动脉分析实施例中都使用瞬态计算。
[0080] 再次，需要考虑使用