Fontan手术规划血流动力学的几何多尺度模拟与实验研究

单心室、三尖瓣闭锁等复杂先心病的Fontan手术治疗，需要进行大规模的血管重构，从而产生新的局部血管结构和血流动力学，同时整个心血管系统也会产生适应性的改变。所以,Fontan手术规划的局部血流动力学优化，必须置于整个心血管系统的模拟环境之中。利用心血管系统的几何多尺度性质，采用手术局部三维（3D）和心血管系统集中参数模型（0D）相结合的几何多尺度方法，建立心血管系统的闭环式分析模型，可以满足手术规划对局部血流动力学细节的要求，又能反映手术血管重构与整体心血管功能适应性改变之间的相互作用，提高Fontan手术规划的生理真实性。本研究基于医学图像局部三维重建个性化的术前血管模型和手术模型，利用CFD方法优化手术部位的血流动力学，CFD求解耦合病人的整体心血管系统集中参数模型。同时，对集中参数模型进行实验验证，并对Fontan手术部位的血流动力学进行实验研究，验证多尺度模拟的正确性。

单心室先心病Fontan手术的血流动力学手术规划，可以优化手术部位的血流动力学，提高手术效果及其长期有效性。项目采用0D－3D模型相结合的心血管几何多尺度血流动力学数值模拟方法，从根本上提高了血流动力学数值模拟的生理真实性，研究结果有望帮助提高心血管Fontan手术的科学化决策水平。研究在血流动力学数值模模拟方法学方面具有理论意义，研究结果具有潜在的临床应用价值。.项目完成的主要工作如下：.1.建立了三维血流动力学数值模拟与集中参数模型的多尺度耦合计算方法，采用界面波吸收法解决了0D-3D模型之间的虚假波反射问题，实现了心血管系统几何多尺度闭环式血流动力学的数值模拟，提高了Fontan手术规划血流动力学数值模拟的生理真实性。.2.对Fontan手术的三个阶段，包括体-肺分流术、Glenn吻合术和TCPC吻合术，分别建立了0D－3D几何多尺度的血流动力学模型，研究了不同术式、不同手术参数的血流动力学特性，实现了基于血流动力学优化的Fontan手术全过程手术规划。研究结果对临床手术选择具有一定的指导意义。.3.采用医学图像三维重建、虚拟现实手术模型及3D打印技术，发展了三维、个性化、透明的体外血流动力学实验模型构建方法，为体外血流动力学模型PIV实验提供了方法学.4.对Fontan手术局部的血流动力学进行了体外模型PIV实验研究，验证了数值计算的正确性。.5.基于血管三维重建及手术模型雕塑、心血管系统集中参数模型，以及血流动力学几何多尺度模拟方法，形成了FONTAN手术规划血流动力学几何多尺度数值模拟的研究软件平台。