心血管血流动力学模拟：信息技术驱动的未来发展

本文主要探讨了面向医学应用的血流动力学数值模拟的未来发展前景，特别关注于心血管领域的瞬态流固耦合数值模拟。在心血管系统中，动脉的扩张性和弹性对血液流动的精确模拟至关重要，然而，传统的数值模拟往往假设血管壁为刚性，这在一定程度上限制了预测的准确性。作者强调了在实际应用中，如手术规划和疾病治疗决策支持，需要更精细地考虑血管的动态变化，即通过引入流固耦合模型（Fluid-Structure Interaction, FSI）来捕捉动脉血管的弹性行为。 流固耦合数值模拟是关键的技术手段，它分为弱耦合和强耦合两种方法。弱耦合采用分离求解策略，先独立求解流体和固体部分，再通过参数传递在耦合边界上交换信息，并通过迭代机制确保整体计算的收敛。这种方法允许选择针对各自领域优化的求解器，提高效率。 文中提出的深入研究方向包括： 1. **心血管瞬态流固耦合**：发展更为精确的模型，考虑到动脉的动态弹性，以提高心脏泵血和血液流动的仿真效果。 2. **个性化血管几何模型三维重建**：结合个体差异，构建精细的血管模型，以适应临床实践中的个性化需求。 3. **血流动力学可视化实验平台**：开发可视化工具，使复杂的数据易于理解和解释，便于临床医生和研究人员进行交互式研究。 4. **协同虚拟现实系统**：利用VR技术创建沉浸式环境，用于手术模拟训练和患者教育，提升医疗决策的精准度。 此外，文章还提及了其他前沿问题，如力学生物学和多尺度流动，这些领域与血流动力学研究密切相关，但可能涉及更深层次的物理和生物力学分析。 作者呼吁充分利用现代信息技术的优势，推动血流动力学研究向集成化、多学科交叉的先进研发领域迈进，以提升研究的综合效益，更好地服务于医学实践，特别是心血管疾病的预防和治疗。这种结合了先进计算技术和医学知识的发展趋势，预示着血流动力学数值模拟将在未来医学工程领域发挥重要作用。