多模态数字孪生心脏血流实时仿真方法及系统

本申请涉及医学影像处理与数字孪生仿真，尤其涉及一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真方法及系统。

背景技术：

1、数字孪生心脏血流动力学仿真是医学影像处理、计算流体力学和智能建模融合发展的重要方向，可用于对心脏结构运动和血流状态进行个体化模拟。现有技术通常基于心脏ct、磁共振、超声等影像数据进行心脏结构分割和三维重建，再结合入口流量、出口压力等边界条件进行血流仿真计算，部分方案还引入降阶模型或机器学习模型以提高计算效率。

2、由于不同模态影像在采集时刻、空间坐标、心动相位和成像质量上存在差异，现有多模态融合方法多停留在静态配准或结构叠加层面，难以形成与心动周期同步的动态边界条件。同时，传统血流动力学仿真依赖复杂网格和高精度迭代求解，计算耗时较长，难以满足实时仿真需求；而单纯数据驱动模型又缺少物理约束和个体化校正机制，容易产生不符合血流连续性和边界一致性的仿真结果。此外，现有数字孪生心脏模型通常缺少根据实时心动观测数据进行偏差识别、可信度调整和参数闭环更新的机制，导致模型随个体状态变化进行持续校正的能力不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真方法及系统，以解决现有技术存在的多模态动态边界难确定、实时仿真效率低、模型闭环校正不足的问题。

2、本申请实施例的第一方面，提供了一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真方法，包括：获取目标对象的多模态心脏影像数据和心动同步数据，对多模态心脏影像数据进行质量评价、坐标配准和心动相位归一化，生成统一心动周期索引；基于统一心动周期索引，对多模态心脏影像数据进行解剖结构识别、运动边界提取和血流观测映射，生成带有模态可信度的心脏结构运动融合表征；根据心脏结构运动融合表征构建心脏解剖拓扑图，并基于心脏解剖拓扑图对入口状态、出口状态、瓣膜状态和壁面运动状态进行参数反演，生成个体化动态边界条件集合；基于心脏解剖拓扑图和个体化动态边界条件集合，构建数字孪生心脏血流动力学模型；将数字孪生心脏血流动力学模型输入混合血流动力学求解器，利用局部高保真求解、图结构降阶求解和物理约束神经算子协同推演血流状态场；根据当前心动观测数据与血流状态场之间的仿真偏差，更新个体化动态边界条件集合、模态可信度和求解残差校正参数，输出实时血流动力学仿真结果。

3、本申请实施例的第二方面，提供了一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真系统，包括：获取模块，用于获取目标对象的多模态心脏影像数据和心动同步数据，对多模态心脏影像数据进行质量评价、坐标配准和心动相位归一化，生成统一心动周期索引；生成模块，用于基于统一心动周期索引，对多模态心脏影像数据进行解剖结构识别、运动边界提取和血流观测映射，生成带有模态可信度的心脏结构运动融合表征；反演模块，用于根据心脏结构运动融合表征构建心脏解剖拓扑图，并基于心脏解剖拓扑图对入口状态、出口状态、瓣膜状态和壁面运动状态进行参数反演，生成个体化动态边界条件集合；构建模块，用于基于心脏解剖拓扑图和个体化动态边界条件集合，构建数字孪生心脏血流动力学模型；推演模块，用于将数字孪生心脏血流动力学模型输入混合血流动力学求解器，利用局部高保真求解、图结构降阶求解和物理约束神经算子协同推演血流状态场；输出模块，用于根据当前心动观测数据与血流状态场之间的仿真偏差，更新个体化动态边界条件集合、模态可信度和求解残差校正参数，输出实时血流动力学仿真结果。

4、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

5、通过获取目标对象的多模态心脏影像数据和心动同步数据，对多模态心脏影像数据进行质量评价、坐标配准和心动相位归一化，生成统一心动周期索引；基于统一心动周期索引，对多模态心脏影像数据进行解剖结构识别、运动边界提取和血流观测映射，生成带有模态可信度的心脏结构运动融合表征；根据心脏结构运动融合表征构建心脏解剖拓扑图，并基于心脏解剖拓扑图对入口状态、出口状态、瓣膜状态和壁面运动状态进行参数反演，生成个体化动态边界条件集合；基于心脏解剖拓扑图和个体化动态边界条件集合，构建数字孪生心脏血流动力学模型；将数字孪生心脏血流动力学模型输入混合血流动力学求解器，利用局部高保真求解、图结构降阶求解和物理约束神经算子协同推演血流状态场；根据当前心动观测数据与血流状态场之间的仿真偏差，更新个体化动态边界条件集合、模态可信度和求解残差校正参数，输出实时血流动力学仿真结果。本申请能够提高动态边界确定准确性、提升实时仿真效率、增强模型闭环校正能力。

1.一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标对象的多模态心脏影像数据和心动同步数据，对多模态心脏影像数据进行质量评价、坐标配准和心动相位归一化，生成统一心动周期索引，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于统一心动周期索引，对多模态心脏影像数据进行解剖结构识别、运动边界提取和血流观测映射，生成带有模态可信度的心脏结构运动融合表征，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据心脏结构运动融合表征构建心脏解剖拓扑图，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于心脏解剖拓扑图对入口状态、出口状态、瓣膜状态和壁面运动状态进行参数反演，生成个体化动态边界条件集合，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于心脏解剖拓扑图和个体化动态边界条件集合，构建数字孪生心脏血流动力学模型，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将数字孪生心脏血流动力学模型输入混合血流动力学求解器，利用局部高保真求解、图结构降阶求解和物理约束神经算子协同推演血流状态场，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述利用图结构降阶求解对全局血流状态进行快速传播，并在局部残差满足触发条件时调用局部高保真求解修正对应局部精细计算区域的血流状态，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前心动观测数据与血流状态场之间的仿真偏差，更新个体化动态边界条件集合、模态可信度和求解残差校正参数，输出实时血流动力学仿真结果，包括：

10.一种多模态数字孪生心脏血流实时仿真系统，其特征在于，包括：