[发明专利]一种模拟血管搏动的方法、装置及存储介质

说明书

本发明公开了一种模拟血管搏动的方法、装置及存储介质。据医学图像提取血管的点云提取中心线；对中心线进行包含切向量获取的前处理；使用从医学图像中提取血管的几何模型，网格划分处理获取网格节点的坐标，对任意网格节点利用前处理后的中心线数据获得控制网格节点运动的运动矢量和运动幅度函数；结合计算流体力学方法，输入冠脉几何模型的网格文件，输入运动矢量和运动幅度函数，设置边界条件，参数和物理模型，模拟血管搏动及血管内部流场。本发明根据血管中心线获取运动矢量控制网格节点运动，模拟在血管搏动下的血液流动状态，避免了采用流固耦合方法和测量血管壁材料属性，减少由刚性壁假设引入的误差，节省计算资源，提高计算速度。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域的一种处理模拟血管脉动方向和幅度的方法，具体是涉及了一种模拟血管搏动方法。

背景技术

血管是具有弹性的管状腔体，在一个心动周期内，血管在血压作用下进行舒张或收缩的运动来适应血压的变化。当前，由于计算流体力学具有较高的时空分辨率，且其准确性和可用性得到了相关研究的验证，因此，借助计算流体力学模拟血管内部血液流动成为认知血管内部流动状况和获取血流动力学参数常用方法。然而在大部分的计算流体力学模拟中，血管壁都被假设为刚性壁，忽略其运动对血液流动产生的影响，也无法模拟血管出现大幅度运动的病症，如心肌桥。

有的模拟为了还原血管的运动，采取了流固耦合的方法，然而流固耦合有两个明显的缺点：首先，流固耦合需要耗费较多的计算资源，计算速度慢；然后，流固耦合的方法需要定义血管壁的力学参数，如杨氏模量或泊松比等，当前已知的参数测量方式是对取样组织进行拉伸实验，但这种方法是有创的且效率比较低。

发明内容

为了能够在计算流体力学模拟中还原血管搏动，且在计算中避免使用流固耦合这种计算资源需求大的方法，本发明提出一种模拟血管脉动的方法。

本发明方法针对用于计算流体力学模拟的网格，根据血管的中心线获取血管壁网格节点的运动矢量，控制每个网格节点在不同时间点的位置，最终模拟出在血管脉动影响下的内部血液流动状态。

本发明方法的使用既能减少由刚性壁假设引入的误差，也能节省计算资源，提高计算速度。血管搏动是通过网格节点的运动实现的，需要规定好网格节点的运动方向来避免网格发生交错，发生网格交错的话计算就会出错。

本发明采用的技术方案是：

本发明方法主要涉及两个主要步骤，中心线数据的前处理和网格节点运动方向的计算，中心线数据的前处理流程图如图1所示。

如图1所示，方法包括：

S1、根据医学图像提取血管的点云，进一步提取中心线；具体实施的血管区域的中心线为冠脉。

S2、对中心线进行包含切向量获取的前处理；具体包含分段、光滑、切向量获取等步骤。

S3、从医学图像中提取血管的几何模型，进行网格划分处理，获取网格节点的坐标，针对其中任意网格节点，利用前处理后的中心线数据获得用于控制网格节点运动的运动矢量和运动幅度函数，作为网格节点运动方向；

S4、输入冠脉几何模型的网格文件，输入上述获得网格节点的运动矢量和运动幅度函数，设置边界条件，参数和物理模型，结合计算流体力学方法模拟搏动的血管的内部流场。

所述S2具体如下：

S2.1、中心线数据的结构：

中心线是由按照血液流动路径排序的若干个离散在三维空间的空间离散点构成的，对于沿血液流动方向的每两个相邻节点构成父子节点，其中以沿血液流动方向处于上游的一个节点作为父节点，以沿血液流动方向处于下游的另一节点作为子节点，中心线的每个节点包含自身节点的坐标和自身节点的父节点索引；

即对于每一个节点，作为子节点时，其父节点是指沿着与血液流动相反的方向，距离子节点最近的节点。