冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP的實例教程
冠脈搭橋術是治療嚴重冠心病的常用外科手術，可恢復相應的心肌供血，使嚴重冠心病患者獲得生機，是拯救冠心病患者生命的最后一道防線。當前冠狀動脈搭橋手術以臨床經驗為主導，手術長期效果的優劣取決于臨床醫師水平。冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP可靈活調整橋血管位置和角度，個性化設置患者的生理參數，用于規劃不同的搭橋手術方案，從血流動力學的角度優化手術方案。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic4.zhimg.com/80/v2-74a218c89392ca0532839c95f4af8ccf_1440w.webp" height="869" width="768"></span></p><p>作為治療嚴重冠心病的常用手術，冠脈搭橋術可以恢復心肌的供血，讓患者重新獲得生機，是拯救冠心病患者生命的最后一道防線。然而，目前的冠狀動脈搭橋手術主要依靠臨床醫師的經驗進行，手術效果的好壞取決于醫師的水平，這也導致了手術的長期效果不穩定。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic3.zhimg.com/80/v2-69fbedbdb9b7e3578eecc06bdea23906_1440w.webp" height="822" width="1346"></span></p><p>為了解決這一問題，冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP應運而生。該APP可以靈活調整橋血管的位置和角度，個性化設置患者的生理參數，用于規劃不同的搭橋手術方案，并從血流動力學的角度對手術方案進行優化。相比傳統手術，這種虛擬仿真技術能夠更加精確地模擬手術過程，減少手術風險，提高手術效果。
展開 為了降低醫療或工程人員的專業技術門檻，使其可以“自主可控”地改進搭橋手術規劃方案，并助力心外科醫生的手術經驗培養，本方案采用自主通用的多物理場仿真PaaS平臺Simdroid軟件進行血流動力學仿真，并無代碼化封裝冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP，供醫療工作者參考使用。
冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真就是針對擬實行搭橋手術的冠心病患者，從血流動力學的角度優化搭橋手術方案，以期獲得最佳的手術效果。其基本思路是導入患者心血管模型，設置擬行搭橋手術的橋血管位置參數，建立橋血管幾何模型，將患者心血管模型與橋血管幾何模型進行融合以構建不同手術方式的術后模型，再輸入患者的生理參數和邊界條件參數，進行流體仿真計算，就可以得到虛擬搭橋手術術后的血流動力學情況。
1、醫學模型建立
選用患者冠狀動脈+主動脈增強CT影像數據，通過圖像分割、建模以及模型優化，獲得患者可用于仿真計算的冠狀動脈及主動脈模型，如下圖所示。
圖3 從DICOM數據到醫學模型的建立
2、參數定義
本案例針對存在右冠狀動脈彌漫重度狹窄病變的患者，模擬仿真大隱靜脈橋接在升主動脈不同位置的血流動力學情況，進而實現冠狀動脈搭橋的血流動力學手術規劃目的。因此，參數主要包括橋血管的位置參數、血液材料參數、生理參數、求解設置參數等。
圖4 Simdroid定義參數界面
3、構建完整計算模型
利用Simdroid的2D草圖創建以及三維建模功能，以建立的患者醫學模型為基準，構建從右冠狀動脈狹窄遠端至升主動脈的橋血管幾何模型，將橋血管的相對位置與角度參數化，便于后續靈活調節橋血管相對患者心血管的位置。將建立的橋血管模型與醫學模型進行并集融合，形成一個完整的模型。
圖5 患者醫學模型上建立橋血管
4、網格劃分
Simdroid具備多種網格劃分功能。
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冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP的最新內容
以下是其核心應用場景及解決的問題：
1、動脈粥樣硬化的機制研究與風險預測
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等疾病的核心病因，其斑塊易在血管分叉、彎曲處，如頸動脈分叉、冠狀動脈左前降支的形成，而血流動力學異常是關鍵誘因。
應用場景：
基于患者CT/MRI影像重建頸動脈、冠狀動脈等血管的三維模型，模擬血流在血管內的流動狀態，計算壁面剪切應力WSS、壓力梯度、血流停滯區等參數。
以下是其核心應用場景及解決的問題：
1、動脈粥樣硬化的機制研究與風險預測
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等疾病的核心病因，其斑塊易在血管分叉、彎曲處，如頸動脈分叉、冠狀動脈左前降支的形成，而血流動力學異常是關鍵誘因。
應用場景：
基于患者CT/MRI影像重建頸動脈、冠狀動脈等血管的三維模型，模擬血流在血管內的流動狀態，計算壁面剪切應力WSS、壓力梯度、血流停滯區等參數。
平臺從滿足研發組織多職群、產品設計多階段的仿真需求出發，開發了適用于0-1研發（EMotor）、1-N研發（ProSim）的專用仿真App。
通過這些數據，醫生可以清晰地了解患者主動脈內部的情況，診斷是否存在主動脈瘤等疾病，并進行病情分析和管理。
主動脈瘤是一種常見的血管疾病，易發生在腹主動脈上，患者常常需要進行手術治療。主動脈血流動力學仿真APP可以幫助醫生更加準確地評估患者的病情，為手術治療提供更為精準的參考。
冠脈搭橋術是治療嚴重冠心病的常用外科手術，可恢復相應的心肌供血，使嚴重冠心病患者獲得生機，是拯救冠心病患者生命的最后一道防線。當前冠狀動脈搭橋手術以臨床經驗為主導，手術長期效果的優劣取決于臨床醫師水平。冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP可靈活調整橋血管位置和角度，個性化設置患者的生理參數，用于規劃不同的搭橋手術方案，從血流動力學的角度優化手術方案。
為了降低醫療或工程人員的專業技術門檻，使其可以“自主可控”地改進搭橋手術規劃方案，并助力心外科醫生的手術經驗培養，本方案采用自主通用的多物理場仿真PaaS平臺Simdroid軟件進行血流動力學仿真，并無代碼化封裝冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真APP，供醫療工作者參考使用。
冠狀動脈搭橋手術虛擬仿真就是針對擬實行搭橋手術的冠心病患者，從血流動力學的角度優化搭橋手術方案，以期獲得最佳的手術效果。
血管手術所需的液體分析
在實驗室中，我們還與美國國家心血管研究中心和早稻田大學TWIns合作，進行了研究以預測由于搭橋手術而導致的腦血管血流的變化。腦動脈瘤可能會在腦血管中發生，但是如果腦動脈瘤腫脹和破裂，會對大腦造成致命的傷害，因此可以在破裂前進行手術。腦動脈瘤本身有兩種手術類型。一種是線圈栓塞術，其中將金屬絲卷成腦動脈瘤并包裝以防止劇烈的血液流入腦動脈瘤。
在2000年，我做了五次冠狀動脈搭橋手術，在2003年我從大學退休。我一直是IMechE Journal of Multibody Dynamics的副主編，直到2007年Shabana接替。在密歇根教學期間，我對平行運動機構產生了興趣，比如昆蟲，這個結構太贊了。他們被用作飛行員培訓、精確醫療設備、精確機構等。
血管手術所需的液體分析
在實驗室中，我們還與美國國家心血管研究中心和早稻田大學TWIns合作，進行了研究以預測由于搭橋手術而導致的腦血管血流的變化。腦動脈瘤可能會在腦血管中發生，但是如果腦動脈瘤腫脹和破裂，會對大腦造成致命的傷害，因此可以在破裂前進行手術。腦動脈瘤本身有兩種手術類型。一種是線圈栓塞術，其中將金屬絲卷成腦動脈瘤并包裝以防止劇烈的血液流入腦動脈瘤。
三 仿真技術提供價值的實例
加速產品開發：
比如，動脈阻塞新療法，在一個無風險的虛擬環境中完成心血管建模，實現快速的虛擬樣品試驗。
提高效率：
比如，制定骨科修復方案，力學仿真可以實現骨骼的虛擬建模，從而為病人制定專屬的骨骼修復方案。
