目前心臟內科醫(yī)生在治療因心臟動脈阻塞造成的冠狀動脈心臟病時，都采用標準心臟支架，在動脈中充滿膽固醇凝塊的位置安裝支架，并保持永久擴張的狀態(tài)。過去在這一過程中很少應用工程仿真技術，現在我們引入Optimus，管理支架設計的仿真流程，改善冠狀動脈局部血液循環(huán)。在優(yōu)化設計過程中，用Optimus集成網格變形工具（Sculptor）和計算流體力學軟件ANSYS Fluent，自動重復仿真流程。將經過優(yōu)化設計的定制冠狀動脈支架在臨床上使用，結果表明與標準冠狀動脈支架相比，前者可以將局部血液循環(huán)改善20%以上。

1.    心臟病治療中的仿真和優(yōu)化

 1.1 冠狀動脈心臟病的治療

在美國，僅去年一年就有超過60萬人死于心臟疾病，冠心病主要都是因冠狀動脈狹窄或堵塞引起的，直接導致動脈硬化和動脈堵塞。這其中有一種情況是由動脈血管壁上的脂肪物質堆積造成，如膽固醇。目前最常用的療法是由心臟病醫(yī)生經皮冠狀動脈介入，使用X射線軸向分層造影（CAT）掃描對無線電信號不透明的冠狀動脈，作為對比，幫助診斷心臟疾病，并協助PCI治療。用導管穿過血管，用氣球對堵塞位置充氣，打開動脈血管，使血液流通。通常情況下，市售心臟支架在安裝完成后，在堵塞位置會以固定直徑永久打開。

1.2  改善血液循環(huán)

在進行研究項目的江景醫(yī)療中心（印第安納波利斯），研究人員正在研究心臟支架對血液流動特性的影響。作為研究的一部分，與之合作的CFD工程師也在研究如何進一步改善血液循環(huán)。以CFD的經驗，能夠正確的模擬變窄的動脈、其近端（上游）和遠側區(qū)域（下游）這樣復雜的流體動力學問題。CFD工程師用Optimus集成CFD工具，自動仿真狹長的動脈血管結構，并給出優(yōu)化設計方案。

1.3  基于CFD的動脈血管優(yōu)化

工程師采用一個已經接受治療病人的主動脈醫(yī)療成像數據，這是人體最大的動脈，這樣選擇是因為CAT掃描和冠狀主動脈表現出相同的血流動力學性能，基于CAT掃描數據，工程師創(chuàng)建了用于ANSYS CFD分析的網格模型ICEM CFD。初始的主動脈CFD模型包括了狹窄區(qū)及其上下游區(qū)域。CFD工程師用ANSYS FLUENT模擬復雜的流體，用OPTIMUS完成設計流程自動化，能夠自動運行CFD模擬，評估血流量提高幅度并識別優(yōu)化動脈的形狀。目標是將優(yōu)化設計后的虛擬動脈（通過模擬運動）與真正的動脈CFD特性（使用市售標準冠狀動脈支架）比較。

CFD模擬，評估狹窄引起的復雜的流體動力學（節(jié)流部的動脈），及其近端（上游）和遠側區(qū)域（下游）

使用導管穿過血管，給氣囊充氣，將市售支架插入并打開收窄的動脈