基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，包括以下步骤：步骤S1:获取人体生理数据，并构建血液、动脉、肌肉层的三维结构；步骤S2:基于三维结构，采用COMSOL Multiphysics多物理场模拟软件，根据预设条件，完成局部动脉段的流固耦合模拟，获得血液血流速度云图、动脉压力云图、血管壁形变位移云图、壁面剪切力云图，血管出口压力和血流量数据；步骤S3:基于人体生理数据，根据心血管血流网络和电网络的等效关系，建立流体网络和电气网络各个参数之间的类比关系，并计算各个动脉段的电阻、电感和电容值，构建集总参数等效电网络模型；步骤S4:根据步骤S2得到的即时血流量，对所获的离散数据进行Fourier拟合，将数据转化为连续函数,并进行零维模型模拟仿真。据转化为连续函数,并进行零维模型模拟仿真。据转化为连续函数,并进行零维模型模拟仿真。

【技术实现步骤摘要】
基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法


[0001]本专利技术涉及属血流动力学的数值模拟领域，具体涉及一种基于多 维度模型的推拿功效仿真模拟方法。

技术介绍

[0002]随着社会经济的发展和国民生活水平的不断提高，人们的不健康 的生活方式引起的心血管疾病的危险因素日益增加，导致了心血管疾 病的发病率不断地增长。现代医疗技术的发展，不仅给人们的健康带 来了福音，在一定程度上也给人类健康带来了损害。推拿以其简便、 自然、无副作用等优势逐渐在临床应用中受到广泛应用。近年来，利 用先进的智能机器人技术代替人工推拿已成为一种趋势，而其中的关 键问题是模拟专家推拿技术。手法刺激是推拿的前提，正确的手法是 必要和适当刺激的保证。推拿手法的力学参数和力学效果将直接影响 推拿的疗效。现有的集中于推拿疗效的研究有基于晶格玻尔兹曼的二 维数值模拟方法、有基于Navier
‑
Stokes方程的数学模型研究。
[0003]基于多维度模型的推拿疗效仿真模拟方法可以有效解决上述现 有分析方法只集中于单一动脉段的分析而无法充分考虑局部推拿对 远端动脉的血流动力学影响效果，且基于晶格玻尔兹曼的数值模拟方 法纯粹将血管简化为二维轴对称直管模型，建立运动狭窄沿轴线移动， 而现实中血管经推拿作用后血管在关于轴线360
°
方向内并不会完全 对称，该建模方法过于理想化，准确性有待提高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于多维度模型的推拿功 效仿真模拟方法，兼顾了推拿对单一动脉段三维流固耦合模拟与远端 多段动脉的集总参数模拟，可以分析推拿对目标动脉的三维血流动力 学参数分析，如壁面剪切应力、血管壁形变位移等，还可以分析局部 推拿对远端动脉的血压和血流量影响
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1:获取人体生理数据，并构建血液、动脉、肌肉层的三维 结构；
[0008]步骤S2:基于步骤S1构建的三维结构，采用COMSOL Multiphysics 多物理场模拟软件，根据预设条件，完成局部动脉段的流固耦合模拟， 获得血液血流速度云图、动脉压力云图、血管壁形变位移云图、壁面 剪切力云图，血管出口压力和血流量数据；
[0009]步骤S3:基于人体生理数据，根据心血管血流网络和电网络的等效 关系，建立流体网络和电气网络各个参数之间的类比关系，并计算各 个动脉段的电阻、电感和电容值，构建集总参数等效电网络模型；
[0010]步骤S4:根据步骤S2得到的即时血流量，对所获的离散数据进行 Fourier拟合，将数据转化为连续函数,并进行零维模型模拟仿真。
[0011]进一步的，所述人体生理数据包括各个动脉段的长度、内径、弹 性模量和终端动
脉段的外周阻抗参数。
[0012]进一步的，所述步骤S1根据采集的生理数据获得目标动脉的内 径、血管壁壁厚，获取血液的粘度、密度，血管壁和肌肉层的弹性模 量、密度和泊松比，进一步构建血液、动脉、肌肉层的三维结构。
[0013]进一步的，所述步骤S2具体为：获取肱动脉段入口和出口数据 作为三维模型的边界条件；将三维模型导入COMSOL Multiphysics 多物理场仿真软件进行预处理设置，入口和出口都设为压力边界条件 在三维模型距离入口边界为25mm处的肌肉层表面施加一个正弦式 周期性的动态外载，该载荷为频率分别为f0、2f0、4f0，其中f0为一 个心动周期的倒数；进行局部流固耦合模拟，分别对为施加动态外载 及施加动态外载的局部动脉段血液血流速度、动脉压力、血管壁形变 位移、壁面剪切力云图，评估推拿对目标动脉的局部血流动力学效果。
[0014]进一步的，所述步骤S3具体为：基于心血管流体网络和电网络 的等效关系，各个动脉段的电阻、电感和电容值计算公式如下：
[0015][0016]其中η、l、r、E、h分别为血液的粘度，动脉段长度，动脉段内 径，动脉血管壁的弹性模量和血管壁厚；
[0017]根据所获生理参数计算各个动脉段的电阻、电感和电容值，构建 集总参数等效电网络模型。
[0018]进一步的，所述集总参数等效电网络模型中，将静脉视为零电位， 血液流入静脉视为电路中的接地；类比动脉顺应性的电容元件负极板 同样接地设置；终端小动脉的外周阻抗近似等效为电阻、电容。
[0019]进一步的，所述步骤S4具体为：根据COMSOL Multiphysics有 限元分析软件的流固耦合模拟结果，获取血管出口处每个时间步的血 流量数据，经MATLAB傅里叶拟合为连续的时间函数，输入集总参 数左端电流入口作为模型的激励源，并通过远端动脉的血压和血流量 变化比较推拿对远端动脉的影响
[0020]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0021]1、本专利技术规避了三维有限元分析多段动脉系统而固有的网格数 量庞大、模型边界条件复杂且敏感的问题。集中于推拿所作用的单段 目标动脉，根据临床推拿作用力对目标软组织施加动态周期性外载， 采用三维流固耦合模拟分析推拿作用处的血流动力学效果，同时又采 用零维集总参数模型模拟相邻多段动脉以探究局部推拿对远端动脉 的血压及血流量影响。
[0022]2、本专利技术可根据局部动脉所施加的动态载荷的不同而模拟多种 推拿手法对动脉系统的血流动力学影响。
附图说明
[0023]图1是本专利技术一实施例中血液、动脉和肌肉层的三维结构示意图；
[0024]图2是本专利技术一实施例中三维流固耦合模拟的入口和出口压力 边界条件；
[0025]图3是本专利技术一实施例中三元件集总参数电路图；
[0026]图4是本专利技术一实施例中三维/零位多维度耦合模拟示意图；
[0027]图5是本专利技术一实施例中均布正弦周期性动态载荷剖面示意图；
[0028]图6是本专利技术一实施例中推拿作用力示意图；
[0029]图7是本专利技术一实施例中仿真模拟流程图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0031]请参照图1，本专利技术提供一种基于多维度模型的推拿功效的仿真 模拟方法，包括以下步骤：
[0032]步骤S1:获取人体生理数据，包括各个动脉段的长度、内径、弹 性模量和终端动脉段的外周阻抗等参数；应用三维建模软件建立包括 血液、动脉、肌肉层的三维结构；
[0033]步骤S2:基于步骤S1构建的三维结构，采用COMSOL Multiphysics 多物理场模拟软件，根据预设条件，完成局部动脉段的流固耦合模拟， 获得血液血流速度云图、动脉压力云图、血管壁形变位移云图、壁面 剪切力云图，血管出口压力和血流量数据；
[0034]步骤S3:基于人体生理数据，根据心血管血流网络和电网络的等效 关系，建立流体网络和电气网络各个参数之间的类比关系，并计算各 个动脉段的电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:获取人体生理数据，并构建血液、动脉、肌肉层的三维结构；
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步骤S2:基于步骤S1构建的三维结构，采用COMSOL Multiphysics多物理场模拟软件，根据预设条件，完成局部动脉段的流固耦合模拟，获得血液血流速度云图、动脉压力云图、血管壁形变位移云图、壁面剪切力云图，血管出口压力和血流量数据；步骤S3:基于人体生理数据，根据心血管血流网络和电网络的等效关系，建立流体网络和电气网络各个参数之间的类比关系，并计算各个动脉段的电阻、电感和电容值，构建集总参数等效电网络模型；步骤S4:根据步骤S2得到的即时血流量，对所获的离散数据进行Fourier拟合，将数据转化为连续函数,并进行零维模型模拟仿真。2.根据权利要求1所述的基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，其特征在于，所述人体生理数据包括各个动脉段的长度、内径、弹性模量和终端动脉段的外周阻抗参数。3.根据权利要求2所述的基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S1根据采集的生理数据获得目标动脉的内径、血管壁壁厚，获取血液的粘度、密度，血管壁和肌肉层的弹性模量、密度和泊松比，进一步构建血液、动脉、肌肉层的三维结构。4.根据权利要求1所述的基于多维度模型的推拿功效仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：获取肱动脉段入口和出口数据作为三维模型的边界条件；将三维模型导入COMSOL Multiphysics多物理场...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明林，李丽萍，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：