基于格子玻尔兹曼方法的冠脉FFRct计算研究

发布时间：2020-07-01 15:43

【摘要】：血流储备分数(FFR)是目前临床上用于诊断冠脉狭窄是否引起心肌缺血的金标准。基于患者CCTA影像数据进行冠脉FFRct的无创计算流体动力学方法(CFD),自提出以来受到研究学者和临床医生的广泛关注。目前,有限元分析软件ANSYS常用于数值模拟冠脉FFRct。有限元分析软件ANSYS作为发展较为成熟的商业软件,其数值模拟功能强大,但其开源代码无法获取,不便于后续开发个性化冠脉FFRct应用软件。介观格子玻尔兹曼方法(LBM)的开源代码库为开发个性化的血流动力学计算提供了方便。本文将探讨LBM用于冠脉FFRct计算的可行性。首先基于计算机辅助三维制图软件SolidWorks构建理想化冠状动脉血流模型。理想化冠脉血流模型是根据正常成年人冠脉尺寸平均生理值的范围,建立的不同狭窄程度的理想化冠脉直圆管模型。然后,分别利用LBM和有限元软件ANSYS对上述直圆管模型进行网格依赖性分析。最后,将两种方法最终模拟的结果在计算效率与结果准确性上进行对比分析,初步验证LBM的可行性。当数值模拟直圆管模型完成后,基于三维重建软件Mimics、Freeform、Geomagic、SolidWorks等对2012~2015年在沈阳盛京医院就诊的冠脉狭窄的患者的冠脉分支进行三维重建,同样分别基于LBM与有限元软件ANSYS对冠脉分支进行网格依赖性分析,并且将模拟计算的结果在计算效率与结果准确性上进行对比分析,进一步验证LBM的可行性。通过上述对比分析结果显示,当模型较为规则时,LBM模拟计算效率要比有限元软件ANSYS高。当模型较为复杂时,反之。经过网格依赖性分析发现,LBM数值模拟冠状动脉FFRct与有限元分析软件ANSYS模拟的结果相对误差在0.1%左右,验证了LBM数值模拟冠状动脉FFRct可行性。本研究的模拟计算为后续开发冠状动脉FFRct应用软件提供了技术支持,为临床冠状动脉FFRct的计算奠定了基础。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O241;R541.4;R816.2
【图文】：

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2.2 冠脉 FFRct 技术流程简介FFRct 是一种结合 CFD 方法和计算机 CT 影像学重建的功能学分析的新型技术。首先通过 CCTA 提取患者的冠状动脉树和左心室质量，然后采用上述流体动力学方法模拟冠状动脉内血流情况，基于上述控制方程推导出的相关方程进行一系列复杂运算，便可以模拟计算冠状动脉树上任一点的 FFR[48,50]。无论是基于有限元分析软件 ANSYS 还是基于介观特性的 LBM 方法，FFRct技术的基本流程大体相同。冠脉 FFRct 技术的基本流程如图 2-1 所示[61]。临床获取患者的 CCTA 影像数据；基于 CT 影像数据对患者冠脉进行 3D 重建；对冠脉3D 模型网格划分以及设置边界条件，边界条件的设置包括 3D 模型出入口边界条件，血管壁以及流体的材料属性等；基于上述设置的条件，将冠脉 3D 模型导入到相应的 CFD 软件进行仿真计算；对计数值模拟结果进行后处理。本文接下来将对各个流程进行简要描述。

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北京工业大学工学硕士学位论文动脉模型进行 LBM 方法中程序的调试，所以构建的理想脉正常生理值范围的不同狭窄程度的直圆管模型。构建完式，以 ANSYS 软件进行数值模拟的.x-t 格式，以及以 LB制或者 ASCII 形式的.stl 格式。M 方法基于不同狭窄程度的直圆管模型对程序调试成功以法基于患者冠脉 3D 模型进一步验证 LBM 的可行性。冠要医学影像 3D 重建软件 Mimics（Imperialist Inc.,比利时冠脉模型进行初步重建，如图 2-2 所示。

【参考文献】