? ? ? ?據(jù)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(yīng)該有了答案?！蓖牧鲉栴}作為經(jīng)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(fā)展，不僅為湍流問題的最終解決帶來了曙光，更應(yīng)用在多個領(lǐng)域，提高社會生產(chǎn)效率，提升人類生活質(zhì)量。

圖1 海森堡的博士論文

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什么是CFD？

CFD（Computational Fluid Dynamics），即計算流體力學，是一門用數(shù)學方程和計算機技術(shù)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(xiàn)復雜的流動現(xiàn)象[2]。

簡單來說，CFD就是給流體裝上“數(shù)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(yōu)化流體的行為。

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CFD技術(shù)成熟可靠

經(jīng)過60余年發(fā)展，CFD已從實驗室走向工業(yè)一線，成為工程決策的“黃金標準”：

1、理論扎實：基礎(chǔ)方程經(jīng)無數(shù)實驗驗證，數(shù)值算法（如有限體積法、LES湍流模型）高度成熟。

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

3、行業(yè)認證：

航空領(lǐng)域：CFD模擬結(jié)果可直接用于飛機適航認證；

汽車領(lǐng)域：全球車企用CFD優(yōu)化車身風阻，降低油耗5%-15%；

醫(yī)療領(lǐng)域：美國食品藥品監(jiān)督管理局FDA已認可CFD作為醫(yī)療器械設(shè)計的輔助證據(jù)[3]。

圖2 CFD模擬飛機空氣流動的流線圖和壓力場分布

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CFD技術(shù)應(yīng)用廣泛

1、航空航天：讓飛行更高效、更安全

優(yōu)化飛機機翼設(shè)計，降低空氣阻力，減少燃油消耗；

模擬火箭發(fā)動機燃燒室內(nèi)的復雜流動，提高推進效率。

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2、能源與環(huán)境：為地球“把脈”

設(shè)計高效風力發(fā)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(huán)境治理。

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3、生物醫(yī)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(yōu)化人工心臟瓣膜設(shè)計；

分析藥物在人體內(nèi)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]

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4、汽車工業(yè)：打造更智能的交通工具

優(yōu)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(xù)航能力。

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5、日常生活：無處不在的CFD

優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)氣流，提升室內(nèi)舒適度；

冬奧速滑服表面紋理設(shè)計，助力運動員減少風阻。

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CFD+AI的創(chuàng)新應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，CFD正迎來新的突破：

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舉例來說，在醫(yī)療領(lǐng)域，睿心醫(yī)療憑借自研的AI+3D-CFD技術(shù)，打造出軟硬件一體化心血管智能診療平臺，實現(xiàn)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(yī)療推出的睿心分數(shù)RuiXin-FFR是全球首款基于人工智能AI+3D-CFD技術(shù)的CT-FFR產(chǎn)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(shù)(FFR,Fractional Flow Reserve)FFR值計算，是從形態(tài)學和功能學兩方面綜合評估冠狀動脈病變的無創(chuàng)檢測技術(shù)。

相比其他廠商使用的技術(shù)路線，睿心分數(shù)RuiXin-FFR的技術(shù)優(yōu)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(chuàng)壓力導絲測量結(jié)果一致。經(jīng)全球最大規(guī)模前瞻性臨床試驗驗證，睿心分數(shù)RuiXin-FFR的準確率92%、敏感度95%、特異度90%[5]，全面領(lǐng)先行業(yè)其他技術(shù)方案。

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

睿心分數(shù)RuiXin-FFR為冠心病精準診療帶來了眾多獲益，用領(lǐng)先科技守護患者心血管健康。對醫(yī)院來說，睿心分數(shù)RuiXin-FFR可實現(xiàn)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(yī)院診斷冠心病的金標準——有創(chuàng)冠狀動脈造影（ICA）的使用效率，提升血運重建手術(shù)質(zhì)量，提升住院患者病種質(zhì)量。目前，睿心分數(shù)RuiXin-FFR臨床應(yīng)用覆蓋全國800+家三甲醫(yī)院，已實現(xiàn)61000+例患者安全使用，完成100+醫(yī)院準入。

不僅是睿心分數(shù)RuiXin-FFR，睿心醫(yī)療的一體化心血管智能診療生態(tài)已全部搭載AI+3D-CFD技術(shù)，包括一站式宏觀與微觀冠脈功能檢測系統(tǒng)——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(shù)計劃輔助決策平臺RuiXin-Planner、介入手術(shù)機器人、鈣化積分智能評估系統(tǒng)RuiXin-CaScore、三維可視化醫(yī)學圖像處理軟件等。這些創(chuàng)新產(chǎn)品共同構(gòu)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(yī)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(xiàn)了從“精準診斷”到“智能治療”的閉環(huán)管理。

睿心醫(yī)療一體化心血管智能診療解決方案

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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

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

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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.

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