[發(fā)明專利]基于計算流體力學(xué)的冠狀動脈血流仿真系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410165909.2
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN105096388B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林君山;丁笑天;劉豆豆;端木正;吳煥煥;雷達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京冠生云醫(yī)療技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30;G06T19/20
• 代理公司: 北京志霖恒遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11435
• 代理人: 孟阿妮

本發(fā)明提供一種基于計算流體力學(xué)的冠狀動脈血流仿真系統(tǒng)和方法，包括：計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，用于獲取人體心血管的計算機(jī)斷層掃描圖像序列；血管三維模型重建系統(tǒng)，對提取出的圖像序列三維重建得到三維冠狀動脈血管模型；CFD前處理系統(tǒng)，對所述三維冠狀動脈血管模型進(jìn)行流體力學(xué)計算所需的前處理；CFD計算系統(tǒng)，解算血液在冠狀動脈血管內(nèi)的三維流動控制方程，輸出計算結(jié)果；后處理系統(tǒng)，將所述計算結(jié)果附加到所述三維冠狀動脈血管模型的對應(yīng)位置，并進(jìn)行彩色云圖顯示。本發(fā)明采用計算冠狀動脈FFR作為評估冠狀動脈功能的標(biāo)準(zhǔn)，避免了通過冠狀動脈解剖學(xué)角度判斷心肌供血情況帶來的不足，對患者沒有創(chuàng)傷并且成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于計算流體力學(xué)冠狀動脈血流仿真系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

冠狀動脈性心臟病(CHD,coronary artery heart disease)，簡稱冠心病，是一種最常見的心臟病。是指因冠狀動脈狹窄、供血不足而引起的心肌機(jī)能障礙和/或器質(zhì)性病變。

冠狀動脈是主動脈的分支，負(fù)責(zé)供應(yīng)氧和營養(yǎng)素予心肌，并且沒有旁支。當(dāng)冠狀動脈被粥樣硬化斑塊或血凝塊堵塞時，便會引致心臟供血不足。如果動脈粥樣硬化斑塊發(fā)生在冠狀動脈，演化至后期引起的后果是心肌需氧大于供氧，心肌供氧量和需氧量失衡時會出現(xiàn)心肌缺血伴收縮功能減退、心律失常甚至心肌梗死、心臟病突發(fā)等。患者會感受到胸痛、慢性穩(wěn)定型心絞痛或不穩(wěn)定型心絞痛等等癥狀，最嚴(yán)重的可導(dǎo)致死亡。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，心血管疾病無論在中國范圍內(nèi)還是世界范圍內(nèi)，都是造成人類疾病死亡的頭號死因。

動脈粥樣硬化其發(fā)生和演變可以維持很長時間，而沒有臨床癥狀。當(dāng)粥樣硬化斑塊引起血管內(nèi)壁狹窄超過60％時，在血液供應(yīng)需求增加的時候就會出現(xiàn)缺血。因此臨床上需要進(jìn)行檢查以得到患者心臟的冠狀動脈損傷的區(qū)域大小、形狀、位置、危險程度、是否影響血流供應(yīng)等信息。

現(xiàn)有醫(yī)學(xué)成像技術(shù)中，對于血管狹窄的檢測還處于CT和介入的動脈造影影像學(xué)階段；以及FFR的侵入性測量階段，單純通過解剖學(xué)影像很難判斷患者心肌供血是否充足，尤其是對于臨界狀態(tài)的病變；另外，造影和FFR測量需要放置傳感器、壓力導(dǎo)絲等到患者體內(nèi)測量，其有創(chuàng)性無疑對病人的身體帶來傷害，造成了病人心理和生理的痛苦，增加了醫(yī)療成本并且增加了患者的死亡風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容

在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

一方面，本發(fā)明提供一種基于計算流體力學(xué)的冠狀動脈血流仿真系統(tǒng)，包括：

計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，所述計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)用于獲取人體心血管的計算機(jī)斷層掃描圖像序列；

血管三維模型重建系統(tǒng)，所述血管三維模型重建系統(tǒng)用于對所述計算機(jī)斷層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，根據(jù)所述人體心血管的計算機(jī)斷層掃描圖像序列提取冠狀動脈血管的斷層掃描圖像序列，對提取出的圖像序列三維重建得到三維冠狀動脈血管模型；

CFD前處理系統(tǒng)，所述前處理系統(tǒng)用于對所述三維冠狀動脈血管模型進(jìn)行流體力學(xué)計算所需的前處理，所述前處理包括：在所述三維冠狀動脈血管模型加載計算設(shè)置以及邊界條件參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

CFD計算系統(tǒng)，所述CFD計算系統(tǒng)用于解算血液在冠狀動脈血管內(nèi)的三維流動控制方程，輸出計算結(jié)果，所述計算結(jié)果包括壓力、血流儲備分?jǐn)?shù)、血液流速中的一種或多種；

后處理系統(tǒng)，所述后處理系統(tǒng)將所述計算結(jié)果附加到所述三維冠狀動脈血管模型的對應(yīng)位置，并進(jìn)行壓力、血液流速、血流儲備分?jǐn)?shù)的彩色云圖顯示。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種基于計算流體力學(xué)的冠狀動脈血流仿真方法，包括：