单相流模型或是多相流模型。由于血液中血细胞（主要是红 细胞）相对于计算域的几何结构来讲十分微小（典型的冠状动脉直径2_左右，红细胞直 径在6~9 μ m左右。血管内的血细胞在正常情况下均匀悬浮在血液中，不发生凝集），因此 大多数情况中计算采用单相流模型。在特定情况下，如分析十分细小的血管，或者模拟有血 液结块，或者模拟血栓、粥样硬化斑块脱落时，可以采用多相流模型。
[0081] 再次，还应考虑使用层流或是湍流/过渡流模型。正常情况下在人体大多数血管 中，血液的流动都是层流的，因此使用层流模型。剧烈运动时，心输出量增加4~5倍，心缩 期间有较长的时期主动脉血流速度超过临界速度，出现湍流。因此在模拟有病变的血管，或 者模拟患者在运动、服用某些药物的情况下，可以采用过渡流或湍流模型。可使用的湍流模 型包括k-ε模型，k-ω模型以及大涡模拟（LES)等模型，这些都是已经被大量使用并且经 过验证的、公开的、相对准确、有各自适用范围的湍流模型。针对不同的血液流动情况，本方 法和系统可以采用不同的湍流模型。
[0082] 最后还应考虑血管壁的弹性。血管的形状壁会随着心脏博出量的周期性变化而变 化。在简化的计算中，血管壁可以认为是刚性的；为了使计算更贴近真实情况，可以认为血 管壁是有弹性的，此时，可以使用单向或双向流固耦合解算方法进行计算。具体而言，可以 将计算分为流体力学计算和固体力学计算。在一个分析步内，经流体力学计算后的血压对 血管壁的压力，再通过固体力学计算来根据压力计算出血管壁的形变，然后反馈至了流体 力学计算中。
[0083] 所述CFD计算流程包括步骤：
[0084] 血管划分为计算域和解析域，通过影像学能重建出的血管为计算域，其他区域作 为解析域；
[0085] 将解析域作为边界条件加载到计算域上；
[0086] 对加载了边界条件的计算域进行流体力学计算，得到血管血流参数。
[0087] 作为一种优选方案，本实施方式的步骤S20可以进一步包括：将计算域进行网格 划分；
[0088] 作为一种优选方案，本实施方式的步骤S30可以进一步包括：对每个网格进行流 体力学控制方程解算，得到血管血流参数。
[0089] 如图4所示，为对血管三维模型的计算域进行网格划分后的示意图。
[0090] 网格划分可以理解成把一个复杂的实体模型分成若干简单的模型，而这些简单的 个体之间又相互联系，相互约束，构成整个结构。每个网格都要解算流体控制方程，通过求 解这些简单的结构，就能得到整体的变化趋势，网格越细致整齐，计算结果就越精确，网格 粗糙，扭曲变形越大，计算结果就会有较大误差。
[0091] 网格可以是结构网格、非结构网格，可以是二维网格，也可以是三维网格。主要是 由节点、线、面、以及体单元构成，体单元主要有四面体、六面体、金字塔形、三棱柱等结构。 在心血管网格中，典型的节点数目从几千到几百万个不等，节点数量大小的决定因素是模 型大小和网格划分粗细、方法。
[0092] 在本实施方式中，所述CFD前处理系统包括：模型边界命名模块，用于对所述三维 冠状动脉血管模型进行边界命名；模型边界条件参数计算模块，用于对所述三维冠状动脉 血管模型进行边界条件参数计算；加载模块，用于对所述三维冠状动脉血管模型进行边界 条件加载；模型网格划分模块，用于将边界条件加载好的三维冠状动脉血管模型进行网格 划分；
[0093] 所述CFD计算系统在进行三维流动控制方程时，具体用于基于CFD前处理系统处 理后的所述三维冠状动脉血管模型，对所述三维冠状动脉血管模型网格剖分后的每个网格 分别建立并解算血液在相应网格内的三维流动控制方程。
[0094] 计算结果经后处理系统，以人能够理解的方式显示出来。例如将FFR、压力以云图 分布的形式显示出来。结果后处理模块工作流程为：读取节点和单元数据并将其重建成血 管三维模型；读取节点和单元对应位置感兴趣的值的标量和矢量；以云图等方式渲染计算 结果，渲染可以使用颜色、灰度等来表示矢量或标量，可以使用箭头等来表示标量。如图12 为结果可视化技术基本流程图。
[0095] 所述系统还包括：报告生成模块，所述报告生成模块用于将后处理单元中的三维 模型以灰度或者彩色云图、动画、矢量箭头的形式输出
[0096] 报告的形式例如，但不局限于，以文字、数据表格或者图片的形式显示患者心血管 血流状况（血液流速、压力分布，血管壁应力等），显示计算出的FFR值等等。此系统和软件 还能够生成但不局限于：患者心血管功能评估，介入手术或者架桥手术提供术前建议和指 导，粥样硬化斑块危险性预测，怀疑有冠状动脉粥样硬化性狭窄患者的诊断信息，预测不同 身体条件时冠状动脉供血和心肌灌注信息，以及指导性疗养方案等等。其他信息则包含患 者的名字、年龄、血压、心律等。最终报告结果通过临时、永久性存储介质或通过网络传输到 医院或医生手中。
[0097] 采用本发明的对血管血流进行模拟的方法和装置，可以以非侵入式的方式获得血 流的各项参数。避免了冠状动脉造影、血管内超声（IVUS)等侵入式技术判断心肌供血情 况带来的缺陷，尤其对病变处于临界状态时的临床案例有较好的参考价值。和现有技术相 t匕，本发明针对患者特异性高，边界条件参数易确定，实施难度小，能够同时评估冠状动脉 功能、心肌血流灌注、冠状动脉血液流动状态等；能够为患者预测不同身体条件时冠状动脉 供血和心肌灌注信息。
[0098] 此外，本发明的对血管血流进行模拟的方法和装置不仅能够用在冠状动脉血流分 析中，还能用在人体其他部位血管的血流分析中，例如主动脉、颈总动脉、髂总动脉、股主动 脉以及人体静脉等。计算出的血压、血流信息能够对动脉瘤和一些血管疾病进行分析。
[0099] 通过计算患者冠状动脉血流储备分数、血压、血液流速、血管壁应力、粥样硬化斑 块应力等，可以评估粥样硬化斑块的脱落可能性和危险性。
[0100] 本发明的对血管血流进行模拟的方法和装置中，使用的模型和参数都可以根据患 者不同的身体条件（如休息、运动等）等调节；也可以自动或手动地修改，来模拟诸如血管 变窄、介入放置支架手术以及架桥手术等等情况。通过计算冠状动脉FFR，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。
[0101] 上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能 理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备（包括 处理器、存储介质等）或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实 现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能 实现的，因此不需在此具体说明。
[0102] 此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候，无疑要使用 与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的接口和控制程序。总而言之， 计算机、计算机系统或者计算机网络中的相关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各 种操作的硬件、固件、软件或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。
[0103] 因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备上运行一个 程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通用设备。因此，本发明的目 的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者设备的程序代码的程序产品来实现。也就是 说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发 明。显然，所述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来的任 何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传输介质一一列举。
[0104] 实施例二：
[0105] 如图2所示，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， 包括步骤：
[0106] 获取人体心血管的计算机断层扫描图像序列；
[0107] 根据所述人体心血管的计算机断层扫描图像序列提取出冠状动脉血管的计算机 断层扫描数据，对提取出的图像序列进行三维重建得到三维冠状动脉血管模型；
[0108] 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，包括划分网格、 加载计算设置以及边界条件参数；
[0109] 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；
[0110] 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，进行压力、速度、 血流储备分数的彩色云图显示。
[0111] 本实施例的目的是提供一个具体的关于本发明所述系统和方法实施例，包括从患 者CT数据，到三维几何血管模型；然后确定边界条件并划分网格；进行CFD计算，以及如何 提取出计算结果。
[0112] 图5为获取的某患者原始CT图像，包含有主动脉、肺动脉以及冠状动脉，还有骨骼 和心肌、心室等信息。灰色短线指示处存在一狭窄约15%，然而仅仅从解剖学图像上并不能 判定心肌供血情况。另外图像中也显示有钙化的粥样硬化斑块，斑块的存在阻塞了血流，影 响了心肌正常血流供给。
[0113] 三维模型步骤如图6所示，步骤200 :获得心脏的二维断层扫描图像；图像获取系 统首先读取原DICOM图像，复制图像并备份原始图像，原始图像用于校准重建后的三维模 型，图像接下来被传输到血管三维模型重建系统中；
[0114] 步骤201 :采用连续性三维建模对所述心脏的二维断层扫描图像进行心脏三维重 建，得到三维心脏模型；步骤202 :判断所述三维心脏模型中是否包括三维冠状动脉，若不 是转步骤203,若是，转步骤204 ;步骤203 :当所述三维心脏模型中不包括三维冠状动脉时， 重新获得心脏的二维断层扫描图像，回到步骤200 ;血管三维模型重建系统将复制图像进 行预处理，使用阈值进行等值化处理，得到含有不同阈值区域的图像，然后根据连通性将图 像的像素块进行标注。
[0115] 步骤204:当三维心脏模型中包括三维冠状动脉时，从心脏的二维断层扫描图像 中提取冠状动脉血管的二维断层扫描图像；步骤20