基于区域分解的血管血流模拟方法及相关装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于区域分解的血管血流模拟方法、血流模拟装置及计算机可读存储介质，其中方法包括获取血管的特征数据；根据特征数据构建血管的三维模型，三维模型定义有计算区域；对计算区域进行离散化处理，生成刻画计算区域的网格；将计算区域划分为多个子计算区域，每个子计算区域的网格点数量一致；基于网格，同时对至少两个子计算区域进行计算，以获得计算区域的血流参数。本申请可实现对血管中血流的精确高效的模拟。

【技术实现步骤摘要】
基于区域分解的血管血流模拟方法及相关装置
本申请涉及血流数值模拟领域，特别是涉及一种基于区域分解的血管血流模拟方法、血流模拟装置以及计算机可读存储介质。
技术介绍
血液流动的特征在一定程度能够反映出血管是否存在疾病以及患者是否存在血流动力学改变导致的疾病，例如血流储备分数(FFR)可反映缺血风险，血流速度可反映血管堵塞程度等。因而对血流进行模拟分析已经成为了当前血管疾病预防和诊断领域的研究热点早期由于计算机能力的限制，在对血流进行模拟时均进行了很多简化，例如物理模型的简化，离散化网格的简化；这种简化计算虽然计算时效性高，但无法得出血流的一些重要特征，模拟的精度不高。而当前计算机硬件水平获得发展后，却没有与计算机能力匹配的模拟方法，无法同时保证血流模拟的效率和精度的提高，即当前对血流进行模拟的精度和效率依旧不高。
技术实现思路
本申请提供一种基于区域分解的血管血流模拟方法、血流模拟装置以及计算机可读存储介质，以解决现有技术中对血流进行模拟的精度和效率不高的问题。为解决上述技术问题，本申请提出一种基于区域分解的血管血流模拟方法，包括获取血管的特征数据；根据特征数据构建血管的三维模型，三维模型定义有计算区域；对计算区域进行离散化处理，生成刻画计算区域的网格；将计算区域划分为多个子计算区域，每个子计算区域的网格点数量一致；基于网格，同时对至少两个子计算区域进行计算，以获得计算区域的血流参数。为解决上述技术问题，本申请提出一种血流模拟装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法的步骤。为解决上述技术问题，本申请提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。本申请血管血流模拟方法包括：获取血管的特征数据，然后根据特征数据构建血管的三维模型，在三维模型上定义有计算区域；然后对计算区域进行离散化处理，生成刻画该计算区域的网格；将计算区域划分为多个子计算区域，且每个子计算区域的网格数量一致；使网格点数量一致，是为了使得在同时对多个子计算区域求解时，能够保证计算量的均衡；然后对多个子计算区域中的至少两个进行同时计算，最终获得计算区域的血流参数。本申请方法中将大规模的计算区域划分为多个平均的子计算区域，然后同时并行求解，使得大规模的计算问题变得分布式、小型化，同时求解使得计算更高效，而单个子计算区域的问题规模较小，计算精度会更高；因而本申请的方法提高了血流模拟的精度和效率。附图说明图1是血流模拟系统的结构示意图；图2是血流模拟方法的流程示意图；图3是本申请血管血流模拟方法一实施例的流程示意图；图4是图3所示的实施例中计算区域的分区示意图；图5是本申请血管血流模拟方法另一实施例的流程示意图；图6是本申请血流模拟装置一实施例的结构示意图；图7是本申请计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对专利技术所提供的一种基于区域分解的血管血流模拟方法、血流模拟装置以及计算机可读存储介质做进一步详细描述。对血管中血流进行模拟是利用流体力学的方法来模拟血液的流动，获得包括血流的力学特征血流参数。本申请中构建一实现血流模拟的计算机系统，请参阅图1，图1是血流模拟系统的结构示意图，该血流模拟系统100包括以下几大模块。数据导入模块11。用于获取血管的特征数据，例如当该血流模拟系统100应用于患者的疾病诊断时，可通过数据导入模块11导入患者血管的特征数据，包括影像数据、生理数据等。其中影像数据可以是基于核磁造影MRA、计算机断层造影CTA、数字减影造影DSA或超声弹性成像等技术获得。即首先由其他设备或技术获得血管的影像数据或生理数据，然后血流模拟系统100再根据该影像数据或生理数据进行血流模拟。三维建模模块12。用于根据由数据导入模块11获取的血管特征数据构建血管的三维模型。具体即由血管的影像数据来构建血管的三维模型。在构建本三维模型的过程中，可以对三维模型进行平滑处理，使得三维模型更符合血管本身的形状；还可以对三维模型进行修剪处理，例如在对心脏的血管进行建模时，仅保留主动脉的部分，修剪掉三维模型中的其他血管。在用户使用本血流模拟系统100时，三维建模模块12可将所构建的三维模型可视化向用户呈现，由用户判断该三维模型是否可行，若不可行，则重新构建三维模型，例如包括血管壁在内的血管模型。在完成三维模型的构建后，三维模型上定义有计算区域，即需要进行血流模拟的目标区域，计算区域可以是整个三维模型，也可以是三维模型中某部分区域，例如可对患者心脏的整个血管建立三维模型，但仅对主动脉中的血流进行模拟，此时计算区域即主动脉。网格生成模块13。用于对计算区域进行离散化处理，生成刻画计算区域的网格。所生成的网格能够体现出计算区域的整个形状。由于进行血流模拟的计算过程从物理数学意义上来看是对血流动力学控制方程求解，而求解血流动力学控制方程的求解即求解偏微分问题，在求解偏微分问题时一般采用离散化处理方法，例如有限元方法、有限体积方法、间断有限元方法等。因此，需要将计算区域划分出用于数值模拟的离散网格。网格生成模块13可以将计算区域划分为结构化网格或非结构化网格，由于血管几何形态的复杂性，本申请中采用非结构网格。对于三维结构的计算区域，可采用Delaunay准则、前沿推进算法(AdvancingFrontMethod)或Shephard-Yerry算法划分出四面体网格单元；也可采用映射法、子映射法、扫琼法、基于栅格法、中轴面法、Plastering法或WhiskerWeaving法划分出六面体网格单元。边界条件模块14。用于确定对计算区域进行模拟计算时的边界条件，其中边界条件可以人为设置，也可以根据血管的生理数据确定。模型求解模块15。基于所生成的网格以及所确定的边界条件，对计算区域进行求解，即求解施加了一定边界条件的血流动力学控制方程，在求解时，首先也需要对该血流动力学控制方程进行离散化处理，然后再通过算法对离散后的方程进行求解。最终获取该计算区域内的血流参数，包括血流速度、血压、剪切力、血管壁变形等信息。上述模块之间的连接关系已经体现在对模块的功能描述中，在此不再赘述。通过血流模拟系统100能够实现对血流的模拟，最终获得计算区域内血流的参数，根据血流参数即可进行疾病诊断，分析病变进行病理研究，还可指导心脑血管的相关手术，例如血管搭桥手术，血管支架放入手术，还可对术后情况进行模拟评估，优化血管搭桥手术中使用桥梁和血管支架放入手术中支架结构的优化设计。为了更为方便的实现用户交互，血流模拟系统100中还包括以下模块。可视化模块16。用于显示血流模拟后的血流参数，可结合三维模型进行模拟显示，例如对于血流参数FFR值或压力值，可基于三维模型呈现不同颜色分布图显示给用户，使得血流模拟结果更加直观。报告生成模块17。根据血流模拟结果生成报告，给出疾病诊断或治疗建议。在报告生成之前，可以先向用户呈现血流模拟结果，由用户判断该血流模拟结果是否正常，若不正常，例如医生认为该结果与其他方式的诊断结果差异较大，则可重新进行网格生成，模拟计算；若正常，则继续生成报告。在血流模拟系统100进行实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区域分解的血管血流模拟方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述血管的特征数据；根据所述特征数据构建所述血管的三维模型，所述三维模型定义有计算区域；对所述计算区域进行离散化处理，生成刻画所述计算区域的网格；将所述计算区域划分为多个子计算区域，每个子计算区域的网格点数量一致；基于所述网格，同时对至少两个所述子计算区域进行计算，以获得所述计算区域的血流参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于区域分解的血管血流模拟方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述血管的特征数据；根据所述特征数据构建所述血管的三维模型，所述三维模型定义有计算区域；对所述计算区域进行离散化处理，生成刻画所述计算区域的网格；将所述计算区域划分为多个子计算区域，每个子计算区域的网格点数量一致；基于所述网格，同时对至少两个所述子计算区域进行计算，以获得所述计算区域的血流参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述计算区域进行离散化处理，生成刻画所述计算区域的网格，包括：对所述计算区域进行离散化处理，生成刻画所述计算区域的粗网格；对所述粗网格进行加密处理，生成刻画所述计算区域的细网格。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述粗网格进行加密处理，包括：对所述粗网格进行加密及粗化处理，使得所生成的细网格中保留有所述粗网格中部分网格点的几何信息。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述粗网格进行加密处理，包括：对所述粗网格进行加密处理，使得所生成的细网格和所述粗网格在所述计算区域的边界具有相同的网格点数量。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述网格，同时对至少两个所述子计算区域进行计算，包括：基于所述粗网格，同时对至少两个所述子计算区域进行计算，获得所述至少两个子计算区域的粗网格血流参数；基于所述细网格，并根据所述至少两个子计算区域的粗网格血流参数，同时对所述至少两个子计算区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杭州阿特瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33