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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明涉及一种基于狭窄病变前后的血液流量比值计算FFR的方法、系统，方法包括以下步骤：根据医学图像建立冠脉树模型并增加侧枝血管；基于冠脉树模型生成未狭窄模型；基于冠脉树模型生成微循环血管模型，得到微循环阻力；结合计算流体力学求解得到冠脉树模型和未狭窄模型的流体参数，根据两个模型上对应截面的平均血流量计算血流储备分数。与现有技术相比，本发明建立冠脉树模型和未狭窄模型，结合计算流体力学求解得到两个模型的平均血流量，计算两个模型上对应截面的血流量的比值得到血流储备分数，回归了血流储备分数的原始定义，降低了FFR的计算误差，得到的FFR更具有可靠性。

主权项：1.一种基于狭窄病变前后的血液流量比值计算FFR的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取血常规数据和心脏的医学图像，基于医学图像建立冠脉树模型，在冠脉树模型上增加多个侧枝血管，即增加多个新的冠脉出口，基于冠脉树模型确定心肌的体积和各个冠脉出口的半径；S2：确定冠脉树模型上的狭窄段，根据狭窄段上游的血管半径和狭窄段下游的血管半径确定狭窄段的理论正常半径，使用理论正常半径修正冠脉树模型，得到未狭窄模型，用于表示未发生狭窄病变的冠脉树模型；S3：基于心肌的体积和各个冠脉出口的半径，分别确定每一个冠脉出口的供血心肌的体积，生成微循环血管模型，基于血常规数据和微循环血管模型计算得到各个冠脉出口的微循环阻力值；S4：生成计算流体力学计算网格，建立冠脉树模型的三维CFD模型、未狭窄模型的三维CFD模型和微循环血管模型的一维CFD模型，获取血液的物理属性以及流动方程；S5：设置冠脉树模型的三维CFD模型的边界条件，设置未狭窄模型的三维CFD模型的边界条件，所述边界条件包括入口边界条件和出口边界条件；S6：基于冠脉树模型的三维CFD模型的边界条件、血液的物理属性和流动方程，求解得到冠脉树模型各个位置的流体参数；基于未狭窄模型的三维CFD模型的边界条件、血液的物理属性和流动方程，求解得到未狭窄模型各个位置的流体参数；所述流体参数包括血流量；S7：在冠脉树模型和未狭窄模型上分别截取至少一个截面并获取各个截面的平均血流量，冠脉树模型的截面与未狭窄模型的截面一一对应且截取位置相同，一个截面的平均血流量为一个心动周期内通过该截面的平均血流量，分别计算各个截面的血流储备分数，一个截面的血流储备分数等于该截面在冠脉树模型上的平均血流量与该截面的对应截面在未狭窄模型上的平均血流量的比值；所述步骤S1中，在冠脉树模型上增加p个侧枝血管，1≤p≤7，所述侧枝血管的增加位置为冠脉靠近心脏内部的一侧，且处于已有冠脉的上下级两个分叉之间，侧枝血管的长度为3-5mm，侧枝血管的半径为冠脉树模型上已有的血管的最小半径值；p的取值是由上下级两个分叉之间血管面积的变化量决定的，具体为：p*r侧枝血管n＝r上级分叉n-r下级分叉n其中，r侧枝血管表示侧枝血管的半径，r上级分叉表示上级分叉下游血管的半径，r下级分叉表示下级分叉上游血管的半径，n的取值范围为2.3-2.44；所述步骤S3中确定冠脉出口的供血心肌的体积具体为：依次确定每一个冠脉出口的供血心肌的体积，其中，第i个冠脉出口的供血心肌的体积的计算公式如下： 其中，Vi表示第i个冠脉出口的供血心肌的体积，V表示心肌的体积，ri表示第i个冠脉出口的半径，rk表示第k个冠脉出口的半径，N表示冠脉树模型上冠脉出口的数量，n的取值范围为2.3-2.44，1≤i≤N；所述步骤S3中生成微循环血管模型并计算微循环阻力的具体过程如下：A1：初始化生成微循环血管模型，所述微循环血管模型包括N个冠脉出口，将每一个冠脉出口分别作为一个父代，执行步骤A2；A2：每一个父代进行一次分叉操作，一个父代得到多个子代，每一个子代即一个血管，将父代的供血心肌分配给每一个子代，按照子代与父代的对应关系将所有的子代添加至微循环血管模型；A3：遍历上一个步骤获得的所有的子代，如果存在半径大于r0的子代，则将所有半径大于r0的子代作为父代，执行步骤A2，否则，完成小血管树模型的生成；其中，r0为预设置的微循环血管模型最小血管半径；A4：基于微循环血管模型和血常规数据，利用泊肃叶定理和法林效应计算各个冠脉出口的微循环阻力值；所述步骤A2中，一个父代进行一次分叉操作具体为：将父代的供血心肌等效为椭球体，在椭球体的表面取一个点为根节点，根节点代表父代的出口所在的位置，过根节点将椭球体平均分为m个子部，2≤m≤5，分别找到每一个子部的质心，连接质心与根节点，得到的m个线段即为m个子代，每一个子代的供血心肌的体积即为一个子部的体积，m个子代的半径相同，且子代的半径r子代与父代的半径r父代满足关系式：m*r子代n＝r父代n；所述步骤S5中，冠脉树模型的三维CFD模型的边界条件和设置未狭窄模型的三维CFD模型的边界条件的设置方法相同，均包括以下步骤：S51：将三维CFD模型的每一个入口边界条件分别设置为对应的冠脉口的血液压力P0，三维CFD模型的每一个出口边界条件分别设置为对应的冠脉口的血液压力的a倍，0a1，即三维CFD模型每一个出口处的压力P＝a*P0；S52：获取三维CFD模型当前的边界条件，对于三维CFD模型的每一个出口，基于血液的物理属性和流动方程求解三维CFD模型，得到三维CFD模型每一个出口处的血液流量Q；S53：一维CFD模型的入口与三维CFD模型的出口一一对应，将一维CFD模型的每一个入口边界条件分别设置为对应的三维CFD模型出口处的血液流量Q，将一维CFD模型的每一个出口边界条件分别设置为静脉压力Pout；S54：根据公式Pin-Pout＝R*Q计算一维CFD模型每一个入口处的血液压力Pin，如果Pin与P互不相等，且差值大于预设置的收敛精度，则分别修正三维CFD模型的每一个出口边界条件，修正公式为P`＝P*4+Pin5，重复步骤S52，否则，将三维CFD模型当前的边界条件作为最终设置的边界条件；其中，R表示微循环阻力值，P`表示修正后的三维CFD模型的出口边界条件。

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