基于超级计算的颅内血管功能评价技术研究
作者单位：浙江大学医学院附属第二医院
会议名称：《2018年浙江省影像技术学第四次学术年会》
会议日期：2018年
学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学]
摘 要：年来心脑血管疾病患者逐渐趋于低龄化,数量迅速递,心脑血管疾病已经成为严重威胁人类生命的3大重要疾病之一。诱发心脑血管疾病发生的风险因素有很多,如常见的致命性和多发性相对较高的动脉粥样硬化和囊状动脉瘤。这些疾病通常多发于具有复杂几何形状(弯曲、狭窄或分叉)的动脉血管,如颅内动脉、胸主动脉、冠状动脉、颈部动脉和腹部动脉。发生病变的部位通常都具有特殊的血流动力学条件,其中,血流动力学参数——壁面切应力(WSS)已经逐渐成为影响动脉粥样硬化斑块和动脉瘤发生、发展和破裂的一个重要因素。另外,血液流速及其在流动中对血管壁产生的压强也是评估上述两类疾病稳定性不可或缺的重要指标。随着计算机技术的发展,数值模拟在血流动力学研究中的应用日益广泛。血流动力学数值模拟系统,相对模型实验,数值模拟更加灵活,可以做理想化的模型,也可以做个体差异、解剖精确和真实的案例,并且其能够获得更加详细的血流动力学参数,因而成为血流动力学研究的主流方法。血流动力学数值模拟的主要目的:是为了揭示血流动力学因素与血管粥样硬化、血管瘤等血管疾病之间的关系。虽然仅仅依靠血流动力学的数值计算结果还不能完全解释有关血管疾病,但这些计算结果的确有助于人们更好地理解血管疾病发生和发展。例如,通过血流动力学计算结果与血管疾病病灶性的对比分析,人们发现血管病变位置与流动回流区或滞止区相吻合。所以局部流动低速区可能就是血液在血管内凝结、沉积的条件之一。目前,普遍认为与血管疾病密切相关的血流动力学因素主要包括壁面剪应力、粒子滞留时间、氧气的质量传输等,而这些参数通常只能通过数值模拟的方式才能获得。另一方面血管形状十分复杂,导致其中的血流十分复杂,存在大量的湍流现象。因而心脑血流数值模拟最主要的挑战是构造能够精确描述脑血流的数学物理方程以及准确模拟复杂血管,特别是血管壁附近的复杂流动。本项目计划研发一套完整的基于计算流体力学技术的个体化心脑血流数值模拟及血流动力学分析评价系统,用于心脑血管疾病患者狭窄动脉的血流动力学分析,进而揭示其发病机理及对手术进行规划。本项目研究内容可以大致分成三个部分:第一部分是通过患者的医学影像数据对脑血管进行数字化的三维几何模型重建和血流动力学数学物理模型研究;第二部分是血流动力学问题的快速数值求解方法研究;第三部分为面向临床的病例研究,即基于我们自主研发的血流动力学数值分析系统。