基于伏图的数字心脏模拟仿真APP应用介绍

一、背景介绍

心脏是保证人体正常运转最重要的动力，人体内的血液循环通过心血管运输到各个部位，因此，心血管系统的稳定是人体健康的关键。心血管内科领域极具专业性，其理论研究与技术发展日新月异，心血管疾病患者往往病情复杂多变、危重且需紧急救治，这对医生的临床经验和专业技能提出了极高的要求。

血液是一种特殊的流体。通过流体仿真模拟心血管系统中的血液流动，不仅能让医学生们以更加直观的方式理解血液系统的运作机制，深化对病理原理的探究与学习；同时，还能辅助医生精准地进行患者病理分析，提前预测手术效果，从而科学合理地制定和优化治疗方案。

二、流体仿真CFD在医学领域的应用

CFD在医疗领域的应用可以帮助医生和研究人员更好地理解人体内部的流体流动，从而对疾病进行诊断和治疗，如：

心血管系统模拟：模拟血液在心血管系统中的流动，帮助设计和评估人工心脏瓣膜、血管支架、血管搭桥等医疗方案 ；

特定患者的血流模拟：通过结合医学成像和CFD技术，可以创建特定患者的血流模型，用于个性化医疗。

呼吸系统研究：分析气流在呼吸系统中的流动，可以帮助优化呼吸机的设计，以适应不同患者的呼吸需求 ；

药物输送系统优化：通过对流体的运动进行模拟，从而预测和优化药物输送过程。

CFD技术在医疗领域的应用不仅提高了医疗设备设计的效率和精确度，还有助于实现个性化医疗，为患者提供更加精准的治疗方案。

心血管手术仿真

心血管内血液流动模拟

三、仿真APP介绍

1. 左心室辅助装置植入手术仿真APP介绍

心力衰竭（heart failure）简称心衰，是指由于心脏的收缩功能和（或）舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍症候群，此种障碍症候群集中表现为肺淤血、腔静脉淤血。

目前临床上治疗心衰的主要手段是心脏移植或者安装人工心脏。人工心脏是一种机械装置，被移植到人体内部替代心脏供血功能。其中，左心室辅助装置（LVAD）作为最为常见的类型，能够辅助左心室完成血液输送任务，为心衰患者提供强有力的生命支持。

在实际使用LVAD时，影响手术成功与否的因素众多，如电机泵血量的大小、血管内是否存在漩涡、术后可能引发的脑中风风险等。人工血管与上升主动脉的缝合位置、人工血管的直径以及LVAD的转速（即供血流量速度）这些重要参数的确定主要依赖于术者的经验。基于血流动力学仿真结果，医生可在术前预测、分析并优化心血管手术辅助装置的配置方案。

仿真思路

左心室辅助装置植入手术仿真APP基于血液动力学仿真理论，可对患者的血管参数、血液参数与辅助装置植入位置参数进行修改，预测某一手术方案下患者不同状态时的血流情况。

左心室辅助装置植入手术仿真APP

2. 冠状动脉搭桥手术虚拟仿真APP介绍

冠状动脉病变是心脏疾病中的一种，主要涉及到冠状动脉的狭窄或阻塞，导致心肌缺血，从而引发头晕、心悸、心绞痛、心肌梗塞等症状。冠状动脉病变主要包括冠状动脉粥样硬化、冠状动脉痉挛、冠状动脉夹层等类型。

目前，冠状动脉病变可通过冠状动脉旁路移植术（CABG）进行治疗。手术从患者身上取下一段正常血管，一端与主动脉相连，另一端与冠状动脉狭窄部位的远侧相连。手术方法如同架桥，所以也被称为“冠状动脉搭桥术”。

冠状动脉搭桥手术依赖医生的经验，鉴于病人的血管状况各异，手术过程往往伴随着较高的风险。在手术前借助血流动力学仿真技术，医生能够更为精准地预测手术效果、深入分析潜在风险，并据此优化搭桥手术方案，从而为患者提供更为安全、有效的治疗策略。

冠状动脉搭桥手术虚拟仿真APP，可修改桥血管位置参数、血液材料参数、病人生理参数，预测不同搭桥方案下的手术效果。

冠状动脉搭桥手术虚拟仿真APP

仿真结果

3. 主动脉血流动力学仿真APP介绍

血流动力学主要研究血液在血管内的流动情况，可通过流体仿真模拟血液的流动，更直观地观察到血管内部的三维流场细节，如涡流、二次流、流动分离现象等，同时也可以得到血管壁面受到的壁面切应力、压力等血流动力学参数，与实验的方法相比，更具优越性。

主动脉血流动力学仿真APP模拟了主动脉里的血流动力学情况。血液在主动脉里流动过程中，由于流速与压力的改变，沿途会有部分血液进入分支血管。主动脉血流动力学仿真APP可计算主动脉里的血流速度、压力和壁面剪切力分布，适用于对腹主动脉瘤患者病情分析与管理。

主动脉血流动力学仿真APP

四、仿真APP赋能每一个工业品

相较于传统仿真软件，基于伏图开发的仿真APP更加灵活轻便，用户可以零门槛低成本、跨平台跨终端随时随地访问云平台进行仿真分析工作，提升产品研发效率。

以上医疗仿真APP均已发布在工业仿真APP商店Simapps，欢迎大家在线体验：Simapps Store – 工业仿真APP商店

五、关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。

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冠状动脉含主动脉根部血流动力学仿真 - Simapps Store - 工业仿真APP商店

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