基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法及相关设备

技术领域

本申请涉及医疗图像处理的领域，尤其是涉及一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法及相关设备。

背景技术

冠状动脉粥样硬化性心脏病(Coronary Atherosclerotic Heart Disease,CAD)是指冠状动脉发生粥样硬化引起管腔狭窄或闭塞，从而导致心肌缺血、缺氧或坏死而引起的心脏病，简称冠心病。冠心病的患病率及死亡率呈逐年上升趋势，据推算目前中国冠心病现患人数约1139万例，已经成为严重的公共卫生问题。

一直以来冠状动脉造影(Coronary Angiography,CAG)是诊断冠心病的金标准，然而CAG仅能明确冠状动脉解剖狭窄的程度及范围，无法获得冠状动脉血流动力学相关参数，如冠状动脉血管压力、血流速度及壁面剪切应力等相关参数，冠状动脉的血流动力学分析是评价冠状动脉狭窄是否导致心肌缺血主要指标。

在做血流动力学研究时，现有大部分研究通常采用单向流固耦合或者双向流固耦合(牛顿流体)进行仿真计算，以达到节约计算资源、研究通用问题的计算效果。但采用单向流固耦合进行模拟计算时，计算过程中缺少了力的传递，无法反映血液-血管之间力的实时的相互作用；另外，目前进出口条件大多使用理想状态流量—时间曲线，这在一定程度上影响测量血流动力学参数的精确度。

发明内容

本申请提供一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法及相关设备。

第一方面，本申请提供的一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法，采用如下的技术方案：

一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法，包括以下步骤：

基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型；

基于个体病例FFR的测量数据拟合得到冠状动脉进出口压力-时间函数，并添加为冠状动脉模型的进出口边界条件；

搭建流固耦合计算平台，导入冠状动脉模型以进行双向流固耦合仿真计算；

基于仿真计算结果获得三个冠状动脉血流动力学数据并构建可视化云图。

可选的，所述的基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型的步骤，包括：

基于冠状动脉造影获取关键帧图像；

基于关键帧图像获得血液几何模型；

基于血液几何模型建立冠状动脉三维模型。

可选的，所述的基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型的步骤，还包括：

对关键帧图像进行图像增强处理。

可选的，所述的基于关键帧图像获得血液几何模型的步骤，包括：

导入关键帧图像到Mimics软件中，并基于预设的阈值范围对关键帧图像进行自动提取，得到出血液几何模型。

可选的，所述自动提取为灰度提取，且对应的灰度阈值范围为150-225。

可选的，所述的基于关键帧图像获得血液几何模型的步骤，还包括：对关键帧图像中经过自动提取后产生的未选取部分进行手动选取。

可选的，所述的基于血液几何模型建立冠状动脉三维模型的步骤，包括：

提取血液几何模型的血管中心线和轮廓线，并基于轮廓线与血管中心线进行放样，得到内流场三维模型；

将内流场三维模型的边壁设置为边界层；

在内流场三维模型的外侧设置有包覆的管壁，并作为血管壁三维模型；

基于内流场三维模型和血管壁三维模型得到冠状动脉三维模型。

可选的，所述的在内流场三维模型的外侧设置有包覆的管壁，并作为血管壁三维模型的步骤，包括：

基于内流场三维模型获取内流场三维模型在特征位置处的截面信息；

基于截面信息生成两个同心圆，并基于截面大小调整两个同心圆的间距；

基于两个同心圆和血管中心线放样得到血管壁三维模型。

可选的，所述的在内流场三维模型的外侧设置有包覆的管壁，并作为血管壁三维模型的步骤，还包括：

若血管中心线存在分叉，则在分叉处基于截面信息生成两个椭圆；

基于两个椭圆和血管中心线放样，并基于相邻同心圆产生的管壁进行平滑过渡配合；

合并新放样得到的血管壁到血管壁三维模型中。

可选的，所述边界层由外向内形成有平滑过渡的3～7层，过渡比为0.25～0.3，厚度增长倍数为1.0～1.3。

可选的，所述边界层由外向内形成有平滑过渡的5层，过渡比为0.275，厚度增长倍数为1.2。

可选的，所述的基于个体病例FFR的测量数据拟合得到冠状动脉进出口压力-时间函数，并添加为冠状动脉模型的进出口边界条件的步骤，包括：

获取对应于冠状动脉造影的FFR测量数据，并拟合为回撤曲线；

获取回撤曲线的最低点所对应的点位，基于该点位选取对应上一心动周期中近端平均压力Pa和远端平均压力Pd的数据；

拟合所述的进口压力Pa和出口压力Pd的数据并生成进出口压力-时间函数；

基于所述进出口压力-时间函数设置冠状动脉模型的进出口条件。

可选的，所述的基于所述进出口压力-时间函数设置冠状动脉模型的进出口条件的步骤，包括：

使用C语言将进出口压力-时间函数编写为UDF文件；

将所述UDF文件嵌入共享库中并用于与Fluent模块连接；

控制Fluent模块加载编译子程序，以添加到冠状动脉模型三维模型的进出口。

可选的，所述的搭建流固耦合计算平台，导入冠状动脉模型以进行双向流固耦合仿真计算的步骤，包括：

搭建流固耦合计算平台，并导入冠状动脉三维模型；

抑制冠状动脉三维模型中的血管壁三维模型，并将内流场部分划分为若干非牛顿流体元；

抑制冠状动脉三维模型中的内流场三维模型，并将血管壁部分划分为若干弹性固体元；

耦合流体数据传输面与固体数据传输面，以使得两者的仿真数据相互传递和相互作用，其中，非牛顿流体元的外表面为流体数据传输面，弹性固体元的内表面为固体数据传输面；

基于流体数据传输面与固体数据传输面对内流场三维模型和血管壁三维模型的参数进行数据的双向交换和迭代，同时进行残差检测直至残差小于预设值。

可选的，所述的流固耦合计算平台基于ANSYS—Workbench软件设置，且流体计算部分采用Fluent模块，固体计算部分采用Transient Structural模块，流体和箍体的双向流固耦合仿真计算采用System Coupling模块。

可选的，所述的抑制冠状动脉三维模型中的血管壁三维模型，并将内流场部分划分为若干非牛顿流体元的步骤，包括：

控制Fluent模块抑制血管壁部分，并定义内流场部分的外表面作为流体数据传输面；

设定内流场模型为非牛顿流体模型，且非牛顿流体的密度为1050kg/m

将内流场模型进行网格划分，以得到若干非牛顿流体元。

可选的，所述的抑制冠状动脉三维模型中的内流场三维模型，并将血管壁部分划分为若干弹性固体元的步骤，包括：

控制Transient Structura模块抑制血管壁部分，并定义内流场部分的外表面作为流体数据传输面；

设置血管壁模型为均匀的弹性体模型，且弹性体材料的1150kg/m3，杨氏模量为2e7，泊松比为0.45；

将血管壁模型进行网格划分，以得到若干弹性固体元。

可选的，所述的抑制冠状动脉三维模型中的血管壁三维模型，并将内流场部分划分为若干非牛顿流体元的步骤，包括：

控制Fluent模块抑制血管壁部分，并定义边界层为双向流固耦合面；

以动网格形式对非牛顿流体元和弹性固体元进行双向流固耦合，并对出入口做静止处理。

可选的，所述的基于流体数据传输面与固体数据传输面对内流场三维模型和血管壁三维模型的参数进行数据的双向交换和迭代，同时进行残差检测直至残差小于预设值的步骤，包括：

基于Fluent模块获取流体域流动对血管壁产生的应力应变；

基于System Coupling模块将所述应力应变转化为对固体域的压力和位移，并成为固体域的边界条件；

基于Transient Structural模块获取血管壁对流体域产生的应力应变；

基于System Coupling模块将所述应力应变转化为对流体域的压力和位移，并成为流体域的边界条件；

依次重复执行上述操作并进行残差检测，直至残差小于预设值。

可选的，设置整个流固耦合计算总时长为10s，计算时间步长为0.005s。

可选的，所述残差检测的检测项为模型流体域的出入口压力、流体域应力应变、固体域位移以及流固体交界面的数据传输在不同心动周期间的误差作为残差检测项，当残差小于预先设定值1e-5时视为计算结果收敛。

可选的，三个冠状动脉血流动力学数据为冠状动脉血管压力、血流速度和壁面剪切应力。

可选的，所述可视化云图数据用于提取血液流线图、压力云图与壁面剪切应力云图，以用于分析提取冠状动脉血管压力、血流速度和壁面剪切应力与心脏周期之间的规律吻合程度。

第二方面，本申请提供的一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的系统，包括：

几何建模模块，用于基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型；

边界设定模块，用于基于个体病例FFR的测量数据拟合得到冠状动脉进出口压力-时间函数，并添加为冠状动脉模型的进出口边界条件；

平台搭建模块，用于搭建流固耦合计算平台，导入冠状动脉模型以进行双向流固耦合仿真计算；

仿真计算模块，用于基于仿真计算结果获得三个冠状动脉血流动力学数据并构建可视化云图。

第三方面，本申请提供的一种电子设备，采用如下的技术方案：

一种电子设备，其包括：

一个或多个处理器；

存储器；

一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序配置用于：

执行上述的基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法。

第四方面，本申请提供的一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：

一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上的上述方法的计算机程序。

所述存储介质存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现：

如上述的基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、该方法从与实测数据对标角度，将仿真结果与实测病人数据进行对标分析，结果表明仿真所得平均速度与对标所给平均速度数据吻合较好，误差控制在了10％，符合仿真与实测精度要求。

2、该方法从可视化与量化两方面，验证了基于动态冠状动脉造影的建模及血流动力学仿真分析流程，这一流程指出了辅助分析评估冠状动脉血流动力学及功能学参数的一种方式，为后续该方面的内容推进做出指导。

附图说明

图1是本申请实施例中一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法的流程示意图；

图2是本申请实施例中S1子步骤的流程示意图；

图3是本申请实施例中关键帧的示例图；

图4是本申请实施例中S14子步骤的流程示意图；

图5是本申请实施例中血管中心线和轮廓线的示例图；

图6a是本申请实施例中边界层的示例图；

图6b是图6a中A处的放大图；

图7是本申请实施例中S143子步骤的流程示意图；

图8是本申请实施例中S2子步骤的流程示意图；

图9是本申请实施例中回撤曲线及相关压力-时间曲线的示意图；

图10是本申请实施例中S24子步骤的流程示意图；

图11是本申请实施例中S3子步骤的流程示意图；

图12是本申请实施例中S32子步骤的流程示意图；

图13是本申请实施例中S33子步骤的流程示意图；

图14是本申请实施例中S35子步骤的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为某一个实施例中一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行；除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行；并且图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

另外，本实施例中各步骤的标号仅为方便说明，不代表对各步骤执行顺序的限定，在实际应用时，可以根据需要各步骤执行顺序进行调整，或同时进行，这些调整或者替换均属于本发明的保护范围。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

血流动力学指血液变形和流动的科学。血流动力学是以血液与血管的流动和变形为研究对象,探讨血液和血浆的粘稠度对身体的影响。血流动力学和一般的流体力学一样，其基本的研究对象是流量、阻力、和压力之间的关系。由于血管是有弹性和可扩张性的管道系统，血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体而不是理想液体，因此，血流动力学除与一般流体力学有共同点之外，又有它自身的特点。

目前，在做血流动力学研究时，现有大部分研究通常采用单向流固耦合或者双向流固耦合(牛顿流体)进行仿真计算，以达到节约计算资源、研究通用问题的计算效果。但采用单向流固耦合进行模拟计算时，计算过程中缺少了力的传递，无法反映血液-血管之间力的实时的相互作用；而人体血液是非牛顿流体，使用牛顿流体无法完全反映血液真实生理特性，且进出口条件大多使用理想状态流量—时间曲线，这在一定程度上影响测量血流动力学参数的精确度。

这里提出了一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法及相关设备，通过采用测量个体病例的(Fractional Flow Reserve,FFR)时获得的冠状动脉狭窄远端的平均压力(Pd)与近端平均压力(Pa)数据作为进出口条件的方法，以更贴合真实情况，从而提高测量冠状动脉血流动力学参数的精确度。这里需要说明的是，分数流量储备(FFR)是冠状动脉最大充血状态下(在这个状态下是最大血管舒张的情况，心肌的微血管阻力降到最低且保持不变，所以此时冠状动脉远端的压力和血流成正比)，狭窄部位远端的血流与正常冠状动脉血流的比值，数值上可近似为病变远端的平均压力(Pd)与近端平均压力(Pa)的比值。测量狭窄远端的压力除以(冠状动脉远端压力减去冠状动脉近端压力)相对于无狭窄时可用的冠状动脉驱动压力(平均主动脉压减去冠状动脉静脉压力)来确定的间接指标。

具体的，本申请实施例公开一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法。参照图1，该方法包括以下步骤：

S1.基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型。

冠状动脉造影(Coronary Angiography,CAG)是利用X射线成像确定观察心脏血管状况的一种过程。做这种检验的目的是为了观察流经心脏的血流是否受限。在冠状动脉血管造影过程中，会将一种X射线机可见染料注射到心脏的血管中。X射线机可迅速捕获连续多帧图像(血管造影图)，以便于观察血管。目前，可以通过计算机视觉或机器学习的方法对冠状动脉造影进行识别，并基于识别结果建立冠状动脉模型。

具体但不限定的，参照图2，S1可以包括以下子步骤：

S11.基于冠状动脉造影获取关键帧图像。

冠状动脉造影由多帧图像构成，属于高噪声、低信噪比的图像。参照图3，在这里从中选取狭窄病变部位暴露清晰，心脏处于舒张期，血管完全充盈展开的图像作为关键帧图像。

这里需要注意的是，心动周期(cardiac cycle)指从一次心跳的起始到下一次心跳的起始，心血管系统所经历的过程。心脏舒张时内压降低，腔静脉血液回流入心，心脏收缩时内压升高，将血液泵到动脉。心脏每收缩和舒张一次构成一个心动周期。一个心动周期中首先是两心房收缩，其中右心房的收缩略先于左心房。整个心动周期按8个时相进行活动：等容收缩期、快速射血期、减慢射血期、舒张前期、等容舒张期、快速充盈期、减慢充盈期、心房收缩期。因此，关键帧所选择的照片优选为等容舒张期中所采集到的照片，但是这并不对照片的采集时刻产生限定，但凡其它时期中能够使得狭窄病变部位暴露清晰的照片也可，只需与后期FFR回撤曲线中的选点相对应并在相应地步骤选择对应的点位生成压力-时间函数即可。作为示例的，在本申请中以等容舒张期中所采集到的图形作为关键帧图像。

在不同的实施例中，采集关键帧图像的方法也可以各有不同，但凡能够采集到狭窄病变部位暴露清晰，心脏处于舒张期，血管完全充盈展开的图像即可。比如，关键帧图像为人工选取，也可以为计算机基于预设算法自动选取；在一些实施例中，关键帧图像也可以通过机器学习的方法训练模型，可以是基于深度学习神经网络进行评估，即基于该模型对一个心跳周期内的各帧进行评分，也可以基于卷积神经网络构筑模型对于关键帧类型的图像进行识别。在另一些实施例中，关键帧图像也可以经由多张模糊的图像处理合成。

S12.对关键帧图像进行图像增强处理。

图像增强作为基本的图像处理技术，目的在于通过对图像进行加工使其比原始图像更适合于特定应用，即图像灰度增强是根据特定需要有目的进行。医学图像由于成像设备和获取条件等影响，可能会出现图像质量的退化：另外影像医生希望获得对比度高、细节丰富、可读性好的图像以降低阅片强度便于诊断。

比如，利用计算机视觉处理的方式，来进行噪声消除、锐化处理等操作，使图像更清晰，轮廓提取更便捷。具体但不限定地提出一种噪声消除的方法，通过低通滤波器滤波，对原始图像卷积，将图像平滑，得到低通平滑图像，用原始图像减去低通平滑图像，提取高频分量，叠加到原始图像，采用固定大小的卷积核卷积缩小过的图像，提取不同空间频率带上的高频分量，对各高频分量放大到原始图像大小，同时叠加到原始图像。该处理方法可在较短时间内，同时增强图像不同空间频率带上的对象，有效增强了图像组织边缘和细节的信息，满足临床需求。

S13.基于关键帧图像获得血液几何模型。

血液几何模型是一种二维图像模型，是将关键帧图像中的背景消除并留下目标血管和血液部分所产生的模型。具体的，计算机导入关键帧图像到Mimics软件中，并基于预设的阈值范围对关键帧图像进行自动提取，得到出血液几何模型。Mimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系统，即为Materialise's interactive medical imagecontrol system，是一套高度整合而且易用的3D图像生成及编辑处理软件，能输入CT和MRI等各种扫描的数据，建立3D模型进行编辑，可以进行大规模数据的转换处理。

具体但不限定的提出一种S13的实现方式，当关键帧图像为彩色图像时，可以将该图像的三个通道分别进行阈值提取；当关键帧图像为灰度图像时，则可以直接对该图像进行阈值提取。灰度阈值范围可以根据需要进行定义，作为示例的，本申请的实施例中的自动提取方法为灰度提取，且对应的灰度阈值范围选取为150-225。

另外，可选的，由于自动提取后的图像可能存在残缺部分，即部分血管壁和部分血液的灰度超出了阈值范围，因此可以对关键帧图像中经过自动提取后产生的未选取部分进行手动选取。

S14.基于血液几何模型建立冠状动脉三维模型。

由于血液集合模型为二维图像模型，二维图像模型中可以体现出血管壁的厚度和血管的粗细，以及血管是否分叉等信息。计算机能够基于这些信息进行冠状动脉三维模型的构建，以便于对固体场和内流场进行相应设定，以分析血液和血管壁之间的实时相互作用。

具体但不限定地提出一种S14的实现方式，参照图4，S14包括以下子步骤：

S141.提取血液几何模型的血管中心线和轮廓线，并基于轮廓线与血管中心线进行放样，得到内流场三维模型。

具体但不限定地提出一种实现S141的方法，参照图5，该步骤可以以血液几何模型为基础，通过SolidWorks与Hypermesh软件进行几何处理与血管中心线提取。

S142.将内流场三维模型的边壁设置为边界层。

黏性流体流经固体边壁时，在壁面附近形成的流速梯度明显的流动薄层，叫做边界层。由于流体的黏性，紧贴固体的一层流体将粘附在固体上而停滞不动,即流速为零,致使此静止的流体层与其相邻的流动流体层间有摩擦力发生,并使这相邻的流体的流速减慢,这种减速作用所引起的曳力,将依次传递到整个流体。设定边界层可以将这一现象很好的表现出来。边界层可设置为FSI面(fluent solid interface wall)，即双向流固耦合面。

参照图6a和图6b，边界层可以由若干层组成，且各层之间具有连续性的差异，作为示例的，边界层由外向内形成有平滑过渡的3～7层，过渡比为0.25～0.3，厚度增长倍数为1.0～1.3。具体但不限定地提出一种边界层的设定，边界层由外向内形成有平滑过渡的5层，过渡比为0.275，厚度增长倍数为1.2。

S143.在内流场三维模型的外侧设置有包覆的管壁，并作为血管壁三维模型。

在不同的实施例中，可以通过计算机在内流场三维模型的外侧自动生成管壁，也可以通过人工编辑的方式生成管壁。但是如果没有进行针对性的设计，自动生成管壁的方法产生的血管会有管壁厚度均匀的问题，与实际情况不符，也不利于进行力学分析。因此具体但不限定地提出一种生成血管壁三维模型的方法，以利用上冠状动脉造影中得到的各处管厚信息。

在这里，参照图7，S143包括以下步骤：

S1431.基于内流场三维模型获取内流场三维模型在特征位置处的截面信息。

作为示例的，特征位置可以为进口处、狭窄前中后处等关键几何位置。当然，S1431步骤也可以被替代为：基于血液几何模型获得内流场三维模型各处所对应的血管壁厚度，以作为截面信息。

S1432.基于截面信息生成两个同心圆，并基于截面大小调整两个同心圆的间距。

S1433.基于两个同心圆和血管中心线放样得到血管壁三维模型。

S1434.若血管中心线存在分叉，则在分叉处基于截面信息生成两个椭圆；

S1435.基于两个椭圆和血管中心线放样，并基于相邻同心圆产生的管壁进行平滑过渡配合；

S1436.合并新放样得到的血管壁到血管壁三维模型中。

在不同的实施例中，S141-S143可以通过不同的软件实现，但凡能够生成内流场模型、边界层和血管壁模型即可。作为示例的，S141-S143可以采用Solidworks生成内流场模型、边界层和血管壁模型。

S144.基于内流场三维模型和血管壁三维模型得到冠状动脉三维模型。

其中，内流场模型为根据轮廓线与血管中心线进行放样，得到的基于血液二维轮廓的三维模型；血管壁建模则是基于血液的三维模型，在血液模型的进口处、狭窄前中后处等关键几何位置做截面，基于该截面做血液模型的同心圆，以同心圆、血管中心线为依据放样得到血管壁三维模型。由于血管壁厚在狭窄处会有变化，同心圆间距设为变量模拟狭窄壁厚，更好的拟合真实血管壁。

S2.基于个体病例FFR的测量数据拟合得到冠状动脉进出口压力-时间函数，并添加为冠状动脉模型的进出口边界条件。

血流储备分数(Fractional Flow Reserve,FFR)作为功能学的金标准，可以提供病变远端的平均压力(Pd)与近端平均压力(Pa)的比值。该数据中的病变远端的平均压力(Pd)与病变近端平均压力(Pa)可分别作为仿真分析的进出口边界条件依据。

具体但不限定地提出一种S2的实现方式，参照图8，S2包括以下子步骤：

S21.获取对应于冠状动脉造影的FFR测量数据，并拟合为回撤曲线。

参照图9，图9中红色曲线为压力导丝缓慢从病变远端往近段回拉测得的近端瞬时压力-时间曲线，红色平缓曲线为红色抖动曲线计算得到的近端平均压力-时间曲线，绿色抖动曲线为压力导丝缓慢从病变远端往近段回拉测得的远端瞬时压力-时间曲线，绿色平缓曲线为绿色抖动曲线计算得到的远端平均压力-时间曲线。回撤曲线为通过压力导丝从病变远端往近段回拉测两端压力计算出来的，其各点值为同一时刻下绿色平缓曲线与红色平缓曲线对应点的比值。

S22.获取回撤曲线的最低点所对应的点位，基于该点位选取对应上一心动周期中近端平均压力Pa和远端平均压力Pd的数据。

S23.拟合所述的进口压力Pa和出口压力Pd的数据并生成进出口压力-时间函数。

S24.基于所述进出口压力-时间函数设置冠状动脉模型的进出口条件。

冠状动脉模型的进出口条件可以通过不同的编程方法实现，基于不同的计算机语言和协议，可以封装为不同的文件或脚本，因此具体所使用的计算机语言和协议并不对本发明点产生限制。参照图10，这里具体但不限定地提出一种S24的实现方法：

S241.使用C语言将进出口压力-时间函数编写为UDF文件。

S242.将所述UDF文件嵌入共享库中并用于与Fluent模块连接。

S243.控制Fluent模块加载编译子程序，以添加到冠状动脉模型三维模型的进出口。

User Defined Functions(UDF)是Fluent提供的二次开发接口，它可以动态的连接到Fluent求解器上来提高求解器性能，嵌入用户自定义的计算方法。UDF中可使用标准C语言的库函数，也可使用Fluent Inc.提供的预定义宏。本发明使用基于C语言的用户自定义程序来增强边界条件，使用大量的宏定义来实现用户和solver中数据的交互，来增强Fluent的功能及模型的应用范围，程序使用时被当作编译函数，嵌入共享库中并与Fluent连接，通过加载编译子程序，添加到冠状动脉模型三维模型的进出口。

S3.搭建流固耦合计算平台，导入冠状动脉模型以进行双向流固耦合仿真计算。

流固耦合计算平台用于对冠状动脉模型中的内流场部分和固体场部分分别赋予不同的特征，并对内流场部分和固体场部分进行双向数据交换，以获得相应的仿真结果，得到所需要的数据。

参照图11，具体但不限定地提出一种S3的实现方式：

S31.搭建流固耦合计算平台，并导入冠状动脉三维模型。

在不同的实施例中，流固耦合计算平台能够基于不同的软件进行实现，但凡能够用于双向流固耦合分析的软件即可。具体但非限定地提出一种流固耦合计算平台的实现方式，流固耦合计算平台基于ANSYS—Workbench软件设置，且流体计算部分采用Fluent模块，固体计算部分采用Transient Structural模块，流体和固体的双向流固耦合仿真计算采用System Coupling模块。

S32.抑制冠状动脉三维模型中的血管壁三维模型，并将内流场部分划分为若干非牛顿流体元。

在目前的研究中，血液被认为是一种剪切变稀的非牛顿流体。因此不能够常规地使用牛顿流体来等效血液部分。参照图12，具体但不限定地提出一种S32的实现方法：

S321.控制Fluent模块抑制血管壁部分，并定义内流场部分的外表面作为流体数据传输面。

S322.设定内流场模型为非牛顿流体模型，且非牛顿流体的密度为1050kg/m

非牛顿流体的密度为1050kg/m

S323.将内流场模型进行网格划分，以得到若干非牛顿流体元。

网格划分用于将内流场模型进行有限元分析，以计算内流场不同部分之间力的实时相互作用。同时，定义内流体的外表面作为流体数据传输面。

S33.抑制冠状动脉三维模型中的内流场三维模型，并将血管壁部分划分为若干弹性固体元。

同样的，参照图13，具体但不限定地提出一种S33的实现方法：

S331.控制Transient Structura模块抑制血管壁部分，并定义内流场部分的外表面作为流体数据传输面。

S332.设置血管壁模型为均匀的弹性体模型，且弹性体材料的1150kg/m3，杨氏模量为2e7，泊松比为0.45。

S333.将血管壁模型进行网格划分，以得到若干弹性固体元。设置血管壁内侧为固体数据传输的面。

S34.耦合流体数据传输面与固体数据传输面，以使得两者的仿真数据相互传递和相互作用，其中，非牛顿流体元的外表面为流体数据传输面，弹性固体元的内表面为固体数据传输面。

在该步骤中，还可同步进行S341与S342两个步骤，以更好地实现流体数据传输面与固体数据传输面之间的双向耦合。

S341.控制Fluent模块抑制血管壁部分，并定义边界层为双向流固耦合面；

S342.以动网格形式对非牛顿流体元和弹性固体元进行双向流固耦合，并对出入口做静止处理。

S35.基于流体数据传输面与固体数据传输面对内流场三维模型和血管壁三维模型的参数进行数据的双向交换和迭代，同时进行残差检测直至残差小于预设值。

计算过程中，先进行流体域计算，流体域将应力传递给固体域，固体域将计算后的位移量再传递给流体域。参照图14，具体但不限定地提出一种S35的实现方法：

S351.基于Fluent模块获取流体域流动对血管壁产生的应力应变。

S352.基于System Coupling模块将所述应力应变转化为对固体域的压力和位移，并成为固体域的边界条件。

S353.基于Transient Structural模块获取血管壁对流体域产生的应力应变。

S354.基于System Coupling模块将所述应力应变转化为对流体域的压力和位移，并成为流体域的边界条件。

S355.依次重复执行上述操作并进行残差检测，直至残差小于预设值。设置整个流固耦合计算总时长为10s，计算时间步长为0.005s。

其流体控制方程采用线性变化的不可压缩方程Navier-stokes方程，分析类型为瞬态，且设心动周期为1秒，计算步长为0.05秒，计算10个心动周期，取第10心动周期计算结果为实验结果。残差检测的检测项为模型流体域的出入口压力、流体域应力应变、固体域位移以及流固体交界面的数据传输在不同心动周期间的误差作为残差检测项，当残差小于预先设定值1e-5时视为计算结果收敛。

S4.基于仿真计算结果获得三个冠状动脉血流动力学数据并构建可视化云图。

三个冠状动脉血流动力学数据为冠状动脉血管压力、血流速度和壁面剪切应力。可视化云图数据用于提取血液流线图、压力云图与壁面剪切应力云图，以用于分析提取冠状动脉血管压力、血流速度和壁面剪切应力与心脏周期之间的规律吻合程度。

本申请还提出一种基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的系统，包括：

几何建模模块，用于基于冠状动脉造影进行几何建模，得到冠状动脉模型；

边界设定模块，用于基于个体病例FFR的测量数据拟合得到冠状动脉进出口压力-时间函数，并添加为冠状动脉模型的进出口边界条件；

平台搭建模块，用于搭建流固耦合计算平台，导入冠状动脉模型以进行双向流固耦合仿真计算；

仿真计算模块，用于基于仿真计算结果获得三个冠状动脉血流动力学数据并构建可视化云图。

本申请实施例还公开一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如上述基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法的计算机程序。本实施例方法的执行主体可以是一种控制装置，该控制装置设置在电子设备上，当前设备可以是具有WIFI功能的手机，平板电脑，笔记本电脑等电子设备，本实施例方法的执行主体也可以直接是电子设备的CPU(central processing unit，中央处理器)。

本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上的基于冠状动脉造影重建冠状动脉模型的方法的计算机程序。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台设备(可以是手机，计算机，服务器，被控终端，或者网络设备等)执行本申请每个实施例的方法。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。