[发明专利]计算血流储备分数的系统和设置边界条件的方法

说明书

本发明提供了一种计算血流储备分数的系统和设置边界条件的方法。系统包括：血管树模型生成模块，获取医学图像、执行分割并重建个体的血管树的几何模型；计算网格生成模块，为几何模型生成计算网格，建立血管树的CFD模型；边界条件设置模块，为血管树的CFD模型设置相应的入口和出口边界条件；属性设置模块，设置血液的物理属性以及流动方程；求解器，基于入口和出口边界条件、所设置的物理属性和流动方程，对血管树的CFD模型进行求解，以得到血管树各处的流体参数；以及后处理模块，对流体参数进行后处理，以得到血流储备分数，入口和出口边界条件均为个体特异性的。该系统和方法在确保模拟结果准确度的同时，实现了临床可接受的计算时间。

本申请是申请日为2016年12月28日、申请号为201611234903.1且发明名称为“应用计算流体力学来模拟计算血流储备分数的系统和方法”的中国发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及人体生理学及血液动力学的计算分析的系统和方法，更具体而言涉及一种应用计算流体力学(CFD)来模拟计算血流储备分数的系统，和为血管树的计算流体力学(CFD)模型设置相应的入口边界条件和出口边界条件的方法。

背景技术

冠心病主要病因是动脉硬化所致的冠脉狭窄。冠脉狭窄可引起冠脉血流量及其它血液动力学的重大改变，引起心肌相对和绝对缺血。冠脉造影及血管内超声均被认为是诊断冠心病的“金标准”，但它们只能对狭窄程度进行影像学评价，而狭窄到底对远端血流产生了多大影响(功能评价)却不得而知。自1995年Pijls等人提出通过压力测量推算冠脉血流的新指标-血流储备分数(Fractional Flow Reserve，FFR)(Pijls NH,Van Gelder B,Van der Voort P,Peels K,Bracke FA,Bonnier HJ,El Gamal MI.Fractional flowreserve a useful index to evaluate the influence of an epicardial coronarystenosis on myocardial blood flow.Circulation.1995Dec 1；92(11):3183-93通过引用结合于此以供参考)，经过长期的基础及临床研究，FFR已经成为对冠脉狭窄功能性评价的“金标准”，以及冠状动脉重建术不可或缺的指导性工具。

FFR作为有创测量(即侵入式测量)，不可避免地会带有一定风险以及可能会对机体造成一定程度的创伤。随着科技及研究水平的发展，尤其是医疗图像成像及重建技术、计算流体力学、高性能计算等领域，数值模拟计算FFR(虚拟FFR)正成为一个快速发展的前沿方向。相比于有创FFR，虚拟FFR为无创测量。根据临床试验对比，虚拟FFR在细致到病人个体的各个血管级别的尺度上，从准确性、敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值上对心肌缺血的诊断具有非常高的能力，在与通过影像学评价的方法的对比上更显优越。

因为虚拟FFR的无创、量化分析及诊断能力的优越性，越来越多科研及商业机构对该技术进行基础及临床研究。由于这是一个新兴方向，各种相关的研究及改进方法、方式均有涉猎，但总体可归结为两个大方向：1.医疗图像的应用及模型重建2.作为计算流体力学(CFD)的准确性的一个重要因素：符合人体生理学特征的边界条件的研究及处理。目前主流的计算系统包括基于冠状动脉计算机X射线断层摄影血管造影术的FFR_CT，基于旋转血管造影的vFFR,基于定量冠状动脉造影及心肌梗死溶栓的FFR_QCA等。