[发明专利]基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法和系统

权利要求书

1.基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，为图像处理阶段，先输入原始冠脉CTA、原始冠脉分割图像和中心线信息，并在原始冠脉CTA中寻找感兴趣的区域；在感兴趣的区域的终止端，延长中心线，将五个平均冠脉直径之后的末端分支移除，或者沿中心线分割区域将整个血管连通区域分为感兴趣区域与末端分支区域，将后者连通区域移除；得到感兴趣原始冠脉分割区域后，沿着各条血管中心线通过区域增长处理方法分割、修复及平滑原始冠脉分割图像，并沿着各条血管中心线通过灰度值过滤以及边缘检测分割出环血管周组织分割图像并进行平滑与降噪修复。

步骤二，为网格生成阶段，通过等值立方搜索演算法从分割图像内生成冠脉及冠周组织二维表面网格；通过二维表面网格将非均匀有理B样条得到C2连续性光滑线条，并进一步得到三维非结构性网格；在冠周组织的分割图像与原始CTA的三维图像交集中，通过不同组织对应的灰度值区域可得到不同组织对应的三维网格中所对应的位置；

步骤三，为血液流体边界条件施加阶段，使用自入口端至出口端逐级动脉流量分配(自上而下)，确定出口边界条件；根据滋养心肌的体积求解：

得到主动脉与左右冠脉流量分配(Q_c)，然后根据左右冠脉各自的的划分级数进行流量守恒判定以及基于形态学流量分配。

步骤四，为模拟分析阶段，将入口与出口边界条件施加在流体网格上，获得流体表面节点的压力与时间变化值，将此结果附加在血管周组织内边皮对应节点上，并固定血管周组织入口端与出口端横截面位移，完成施加血管周组织的边界条件。

2.根据权利要求1所述的基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法，其特征在于：所述步骤一中移除区域时还可选择在感兴趣区域的终止端，延长中心线将五个平均冠脉直径之后的末端分支移除。

3.根据权利要求1所述的基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法，其特征在于：所述步骤二中根据组织在对应三维网格中对应位置，采用调整后的穆里-里夫林应变能密度函数进行材料本构填充。

4.根据权利要求1所述的基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的方法，其特征在于：所述步骤三中左右冠脉流量可根据总流量的4％进行分配。

5.基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的系统，其特征在于，包括如下单元：图形处理单元、网格生成单元、边界选取单元、模拟分析单元、后处理单元；所述图形处理单元用于确认动脉感兴趣区域，除去无意义的末端分支后建立三维组织模型并进行平滑修复；所述网格生成单元用于建立三维组织模型的3D网格，并根据对应网格关系赋予模型材料属性；所述边界选取单元用于血管出口流量赋值并处理流量不守恒分支；所述模拟分析单元用于对血流模型进行流体分析，并根据血管壁及其周围组织的血压变化进行有限元分析，进行流量守恒判定以及基于形态学流量分配；所述后处理单元用于将流体与固体的模拟结果处理后提取其中的血流参数与组织受力数据。

6.根据权利要求5所述的基于流固耦合的对血管血流与环管腔组织进行模拟的系统，其特征在于，处理流量不守恒分支的方法如下：

步骤一，选定主支及其直接子分支，先通过雷定律得到横截面积(A)指数比值(r)：

δ在冠脉模拟中为2.6；

步骤二，进行流量守恒判定：1-Σr容差(容差对于冠脉选取1％)；

若公式不满足这表示子支出现分支缺失等问题。因此，子支及其之后分支所得流量会与未出现子支缺失状况值有偏差。此子支与其之后分支将会被记录；

步骤三，基于流量守恒的子支流量分配流量，同一主支下的子支满足以下两个公式：

步骤四，流量分配在各级分支循环，直到所有分支都分配到流量。出口端流量分配即为出口端边界条件。