摘要
冠状动脉血流储备分数(Fractional Flow Reserve，FFR)是检测心肌缺血的金标准。然而，FFR测量的侵入性和高成本限制了它在临床上的广泛应用。基于冠状动脉计算机断层血管扫描造影(CT angiography,CTA)计算FFR的无创检测手段应运而生，被称为CT-FFR。它将两者各自的优势相结合，应用计算流体力学，从解剖和功能两方面评估冠状动脉狭窄病变，但需要计算全心动周期，如Taylor的瞬态流体力学计算，这种瞬态模拟计算成本往往很高，完成分析需要几个小时。因此，本文构建了一种基于稳态计算流体力学的快速计算模型用于计算血流储备分数(Fractional flow reserve based on steady-state,FFRss)。 本文旨在采用稳态的方法以提高计算速度。为此，本文建立稳态计算模型,规定模型入口的边界条件为压力，出口为微循环阻力Rm。Rm对计算十分关键，依据压力和流量确定。因此，本文以提高精度为目标，通过探究压力以及冠状动脉优势类型下的左右冠脉流量分配对计算的影响，优化模型的边界条件，最后进行临床验证，从而实现快速、准确计算。本文采用稳态计算代替瞬态计算，以提高计算速度。主要内容是确定和优化稳态计算模型的边界条件，以准确计算FFRss。具体研究内容如下: 1、构建0D/3D耦合的稳态几何多尺度模型。首先，构建三维冠状动脉模型;然后，结合零维的边界条件进行耦合，其中模型入口给定的边界条件为压力，出口规定为Rm，采用稳态算法无创、快速地计算FFRss。平均计算速度约为40分钟，相比瞬态6个小时的时间成本，计算效率有明显提高。 2、压力对FFRss计算的影响。主动脉入口压力的边界条件分为以下四种: 1)静息状态下的平均动脉压; 2)静息状态下的舒张压; 3)充血状态下的平均动脉压; 4)充血状态下的舒张压 主动脉入口分别给定这几种边界条件，进行0D/3D耦合模型的数值仿真计算，将结果FFRss与临床实测的FFR(FFRClinic)进行比较分析，优化出最佳的入口压力边界条件。研究结果表明，仅压力变化对计算的影响很小，但当Rm随压力变化时，对计算有明显影响;当主动脉入口的压力值为静息状态的舒张压时，计算结果与FFRClinic之间的相关性和一致性最高，相关性系数r为0.87(P＜0.001),一致性区间为-0.13-0.12(95％的置信区间)，且其ROC曲线下面积AUC也最接近于1(AUC=0.972)，此时诊断准确性最高。 3、不同优势类型的左右冠脉分流对FFRss计算的影响。按照不同类型对左右冠脉进行不同比例的流量分配(QLCA∶QRCA)，右优势类型为QLCA∶QRCA=5∶5;均衡型为QLCA∶QRCA=5.5∶4.5;左优势类型为QLCA∶QRCA=6∶4,将计算结果与FFRClinic进行比较分析。结果表明，按照优势类型法求解的结果与FFRClinic的相关性(r=0.83 VS.r=0.79)和一致性区间(-0.13-0.10 VS.-0.14-0.14)优于固定比例法。 4、稳态计算模型的临床验证。入组35例患者，重建患者3D冠状动脉，主动脉入口处规定压力为静息状态下的舒张压，左右冠状动脉的流量分配比例按照优势类型进行分配，确定微循环阻力值。以FFRClinic为标准进行验证，结果表明，模型的出口、入口分别采用最优的边界条件时，准确性、敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值分别为91.4％、87.5％、94.7％、93.3％和90.0％。 本文构建的基于稳态计算流体力学的血流储备分数快速计算的方法缩短了计算的时间成本。当主动脉入口采用静息状态的舒张压，左右冠脉流量比例采用优势类型法确定微循环阻力时，计算结果与FFRClinic值更加贴近，诊断准确性有所提高，保证了计算精度。因此，稳态计算模型可以代替瞬态的方法，对于辅助临床诊断心肌缺血具有重要意义。
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