? ? ? ?據傳，量子力學奠基人之一、德國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者海森堡臨終前曾在病榻上說過一句話：“當我見到上帝后,我一定要問他兩個問題——什么是相對論，什么是湍流。我相信他只對第一個問題應該有了答案。”湍流問題作為經典物理學中最后一個未解的百年難題，至今仍未完全解決。但是，湍流問題的核心機理（如奇點理論）已取得突破性進展[1]，并且作為解決湍流問題的重要工具之一的計算流體力學 (Computational Fluid Dynamics, 簡寫CFD) 近年來得到了快速的發展，不僅為湍流問題的最終解決帶來了曙光，更應用在多個領域，提高社會生產效率，提升人類生活質量。

圖1 海森堡的博士論文

?

什么是CFD？

CFD（Computational Fluid Dynamics），即計算流體力學，是一門用數學方程和計算機技術模擬流體運動的科學。它通過將流體力學的基本方程（如納維-斯托克斯方程）離散化，利用超級計算機求解，從而在虛擬世界中重現復雜的流動現象[2]。

簡單來說，CFD就是給流體裝上“數字眼睛”，讓我們無需依賴昂貴的物理實驗，就能在電腦上觀察、分析和優化流體的行為。

?

?

CFD技術成熟可靠

經過60余年發展，CFD已從實驗室走向工業一線，成為工程決策的“黃金標準”：

1、理論扎實：基礎方程經無數實驗驗證，數值算法（如有限體積法、LES湍流模型）高度成熟。

2、軟件生態完善：ANSYS Fluent、COMSOL、OpenFOAM等工具覆蓋從科研到工業的全場景需求。

3、行業認證：

航空領域：CFD模擬結果可直接用于飛機適航認證；

汽車領域：全球車企用CFD優化車身風阻，降低油耗5%-15%；

醫療領域：美國食品藥品監督管理局FDA已認可CFD作為醫療器械設計的輔助證據[3]。

圖2 CFD模擬飛機空氣流動的流線圖和壓力場分布

?

CFD技術應用廣泛

1、航空航天：讓飛行更高效、更安全

優化飛機機翼設計，降低空氣阻力，減少燃油消耗；

模擬火箭發動機燃燒室內的復雜流動，提高推進效率。

?

2、能源與環境：為地球“把脈”

設計高效風力發電機葉片，最大化風能利用；

預測污染物在大氣或水體中的擴散路徑，助力環境治理。

?

3、生物醫學：守護生命健康

模擬血液在血管中的流動，輔助冠心病診療，優化人工心臟瓣膜設計；

分析藥物在人體內的輸送過程，提高治療效果。

圖3 CFD模擬血液在狹窄血管中的流速分布圖[4]

?

4、汽車工業：打造更智能的交通工具

優化車身空氣動力學，降低風阻與噪音；

模擬電池組散熱，提升電動汽車的安全性與續航能力。

?

5、日常生活：無處不在的CFD

優化空調系統氣流，提升室內舒適度；

冬奧速滑服表面紋理設計，助力運動員減少風阻。

?

?

CFD+AI的創新應用

隨著計算機技術的飛速發展，CFD正迎來新的突破：

?

?

舉例來說，在醫療領域，睿心醫療憑借自研的AI+3D-CFD技術，打造出軟硬件一體化心血管智能診療平臺，實現了冠心病篩查、檢測、診斷、治療、隨訪全流程的智能化診療和管理。其中，睿心醫療推出的睿心分數RuiXin-FFR是全球首款基于人工智能AI+3D-CFD技術的CT-FFR產品，可對冠狀動脈血管進行三維重建以及對心外膜冠狀動脈狹窄功能性評價的“金標準”——血流儲備分數(FFR,Fractional Flow Reserve)FFR值計算，是從形態學和功能學兩方面綜合評估冠狀動脈病變的無創檢測技術。

相比其他廠商使用的技術路線，睿心分數RuiXin-FFR的技術優勢主要為對血流的還原程度高，因此FFR值計算精準度更高，基本與有創壓力導絲測量結果一致。經全球最大規模前瞻性臨床試驗驗證，睿心分數RuiXin-FFR的準確率92%、敏感度95%、特異度90%[5]，全面領先行業其他技術方案。

?

不僅如此，睿心分數RuiXin-FFR另一個顯著優勢，是適用于各種冠狀動脈解剖結構和復雜病變。這背后的核心原因在于睿心醫療的創始團隊具有美國約翰霍普金斯大學、斯坦福大學醫學院、GE、西門子等頂尖教育背景和研發經驗。眾所周知，前兩所高校在流體力學研究上全球領先。創始團隊從美國深造歸國后，將其3D-CFD與AI領域的科研成果進一步融合優化，賦能睿心醫療一體化解決方案，構筑了公司深厚的技術護城河。

睿心分數RuiXin-FFR為冠心病精準診療帶來了眾多獲益，用領先科技守護患者心血管健康。對醫院來說，睿心分數RuiXin-FFR可實現高、中、低危患者精準分層管理，避免不必要的漏診，從而提高醫院診斷冠心病的金標準——有創冠狀動脈造影（ICA）的使用效率，提升血運重建手術質量，提升住院患者病種質量。目前，睿心分數RuiXin-FFR臨床應用覆蓋全國800+家三甲醫院，已實現61000+例患者安全使用，完成100+醫院準入。

不僅是睿心分數RuiXin-FFR，睿心醫療的一體化心血管智能診療生態已全部搭載AI+3D-CFD技術，包括一站式宏觀與微觀冠脈功能檢測系統——睿心造影FFR RuiXin-Angio QFA100、冠脈CT造影圖像血管狹窄輔助評估軟件——智慧脈RuiXin-Coronary AI、心血管手術計劃輔助決策平臺RuiXin-Planner、介入手術機器人、鈣化積分智能評估系統RuiXin-CaScore、三維可視化醫學圖像處理軟件等。這些創新產品共同構建了一個覆蓋冠心病診療全流程的智能化解決方案，不僅顯著提升了診斷的精準性和治療的高效性，為醫生提供了更全面的決策支持，為患者帶來了更精準、安全、個性化的診療體驗，真正實現了從“精準診斷”到“智能治療”的閉環管理。

睿心醫療一體化心血管智能診療解決方案

?

從達芬奇手稿中的漩渦草圖，到今日每秒萬億次計算的CFD仿真，人類用智慧將流體的混沌之美，化作改變世界的精確力量。

圖4 達芬奇手稿

?

?

CFD不僅是一門科學，更是一種思維方式——用數字化、智能化的手段，探索未知，預見未來。

?

參考文獻

[1] Dou H S.Singularity of Navier-Stokes Equations Leading to Turbulence [J].2018.DOI:10.48550/arXiv.1805.12053.

[2]?陳江濤,肖維,趙煒,等.計算流體力學驗證與確認研究進展[J].力學進展,2023,53(03):626-660.

[3] FDA. (2020). Computational Fluid Dynamics in Medical Device Design. Guidance for Industry.

[4] Taylor C A , Fonte T A , Min J K .Computational Fluid Dynamics Applied to Cardiac Computed Tomography for Noninvasive Quantification of Fractional Flow Reserve[J].Journal of the American College of Cardiology,2013,61(22):2233-2241.DOI:10.1016/j.jacc.2012.11.083.

[5]?Diagnostic accuracy of CT-FFR with a new coarse-to-fine subpixel algorithm in detecting lesion-specific ischemia: a prospective multicenter study.Rev Esp Cardiol (Engl Ed). 2024 Feb;77(2):129-137.

?