一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法技术

本发明专利技术一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，包括：基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格；转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息；基于所述初始网格的坐标信息，利用隐式重建生成血管模型，所述初始血管模型至少包括血管壁以及血管本体，所述血管本体的血管支路至少为一条；对所述生成的血管模型进行计算流体动力学前处理以及封闭端口处理，生成目标教学血管模型，所述目标教学血管模型与所述目标教学血管模型的起始端口、终止端口共同构成封闭结构。本发明专利技术实施能够简便、快速的生成教学血管模型生成方法，可解决CFD教学构建血管模型时成本高、可适性差等问题。可适性差等问题。可适性差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法


[0001]本专利技术涉及计算机图形学
，尤其涉及一种向CFD教学的教学血管模型生成方法。

技术介绍

[0002]近年来，血管疾病已成为危害大众健康的重要疾病之一，为此，可以利用计算流体动力学(ComputationalFluid Dynamics,CFD)技术对血流动力进行研究。此技术在三维形状血管模型的边界设定边界条件，在血管几何模型上应用计算流体动力学模拟三维形状血管模型中的血液流动。对三维血管模型执行血流模拟，可以求出在三维血管模型内部流动的血流信息，例如，压力、速度、流量等。此外，对三维血管模型执行血流模拟，不仅可以求血流的信息，还可以求出在血管壁产生的壁面剪切应力(Wall Shear Stress,WSS)。
[0003]为了获得准确血管模型，教学人员需要拥有医学图像处理、三维重建等基础知识，利用丰厚的知识储备完成CFD教学的教学血管模型的生成，可见，在此过程中，CFD教学的教学血管模型的生成过程较为复杂，对于初学者可适性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，能够自动化生成面向CFD教学的教学血管模型，解决了现有构建血管模型较为复杂的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，包括：
[0006]基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格；
[0007]转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息；
[0008]基于所述初始网格的坐标信息，利用隐式重建生成血管模型，所述初始血管模型至少包括血管壁以及血管本体，所述血管本体的血管支路至少为一条；
[0009]对所述生成的血管模型进行流体动力学前处理以及封闭端口处理，生成目标教学血管模型，所述目标教学血管模型与所述目标教学血管模型的起始端口、终止端口共同构成封闭结构。
[0010]可选的，述基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格，包括：
[0011]给定参数建立初始包围盒；
[0012]根据所述初始包围盒得到空间网格，对空间网格在X，Y，Z方向分别进行等距划分，生成体素网格。
[0013]可选的，所述转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息，包括：
[0014]转换体素网格中的体素网格点中的体素，使其成为世界坐标系下的三维位置信息，将所述世界坐标系下的三维位置信息确定为包围盒内初始网格的坐标信息。
[0015]可选的，所述初始包围盒为多面体包围盒。
[0016]可选的，所述基于所述初始网格的坐标信息，利用隐式重建生成血管模型，包括：
[0017]至少根据根据预先设置的直径、长度、曲率中的至少一个参数信息，通过符号距离函数确定单支血管；
[0018]利用保形混合算子将多个单支血管融合为血管本体。
[0019]可选的，所述对所述生成的血管模型进行流体动力学前处理以及封闭端口处理，生成目标教学血管模型，包括：
[0020]获取所述生成的血管模型的起始种子点和终止种子点；
[0021]用Delaunay三角剖分算法算出血管Voronoi图，连接最大内切球的球心确定血管模型的中心线；
[0022]根据种子点所对应的中心线进行分组，确定血管模型的分组图；
[0023]对所述分组图中的血管模型的起始种子点和种子点分别计算起始法向量和终止法向量；
[0024]基于所述起始法向量、所述终止法向量、所述起始种子点和所述终止种子点构建隐式平面；
[0025]利用所述隐式平面对所述血管模型进行端口切割；
[0026]将切割后的血管模型与切割得到的切割面融合处理，得到所述目标教学血管模型。
[0027]可选的，基于所述起始种子点所对应的中心线对所述血管模型进行分组，得到分组图。
[0028]本专利技术实施例提供了一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，在本专利技术实施例中，基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格；转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息；基于所述初始网格的坐标信息，利用隐式重建生成血管模型，所述初始血管模型至少包括血管壁以及血管本体，所述血管本体的血管支路至少为一条；对所述生成的血管模型进行流体动力学前处理以及封闭端口处理，生成目标教学血管模型，所述目标教学血管模型与所述目标教学血管模型的起始端口、终止端口共同构成封闭结构。本专利技术实施例中计算流体动力学前处理是CFD处理，将隐函数重建与CFD处理结合，在解放了双手，不需要人工进行切割的情况下，能够实现面向CFD教学的教学血管模型。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术实施例中面向CFD教学的教学血管模型生成方法的流程示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例中生成体素网络的流程示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例中生成血管模型的步骤示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例中生成目标教学血管模型的步骤示意图；
[0034]图5是为本专利技术实施例中确定血管模型中心线的分组示意图；
[0035]图6是为本专利技术实施例中生成的血管模型与目标教学血管模型的结构示意图；
[0036]图7是为本专利技术实施例中目标教学血管模型出口和进口的示意图。
具体实施方式
[0037]如
技术介绍
中所述，CFD技术能够为血管的血流动力研究提供重要贡献。具体的，CFD技术能够分析血管壁的剪切、血液在血管内流动的特点及规律等，对血管内肿瘤的发生、发展，以及破裂的影响进行研究，揭示机体的生理或病理改变，以此评估病情的发展过程。
[0038]目前构建血管模型的方式可以是：通过MRA、CTA或DSA等影像学手段获取血管的三维数据，经图像预处理形成血管轮廓，采用手动分割法提取所需血管，对分割血管进行3D几何重建，最后经光滑处理和网格划分后得到可分析的血管模型。此种情况下需要大量人工交互，采用手动分割的方式对所需要的血管模型进行重建，要求工作人员有丰富的知识基础和操作经验。目前的人工交互方式不仅费时费力，在教学场景中，也不能提供通用的血管模型生成方法供教学人员使用。
[0039]基于以上，专利技术人研究发现，利用隐函数重建和CFD技术结合，由隐式平面切割替换人工交互切割血管的步骤实现，在此种情况下，能够解放双手，不需要人工进行切割，从而提供了一种通用的教学血管模型生成方法，以简便的构建出教学血管模型。
[0040]本专利技术实施例提供了一种面向CFD教学的教学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，其特征在于，包括：基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格；转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息；基于所述初始网格的坐标信息，利用隐式重建生成血管模型，所述初始血管模型至少包括血管壁以及血管本体，所述血管本体的血管支路至少为一条；对所述生成的血管模型进行计算流体动力学前处理以及封闭端口处理，生成目标教学血管模型，所述目标教学血管模型与所述目标教学血管模型的起始端口、终止端口共同构成封闭结构。2.如权利要求1所述的一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，其特征在于，所述基于包围盒创建参数化空间网格，生成体素网格，包括：给定参数建立初始包围盒；根据所述初始包围盒得到空间网格，对空间网格在X，Y，Z方向分别进行等距划分，生成体素网格。3.如权利要求2所述的一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，其特征在于，所述转换体素网格中的体素网格点为世界坐标系下的位置点，得到包围盒内初始网格的坐标信息，包括：转换体素网格中的体素网格点中的体素，使其成为世界坐标系下的三维位置信息，将所述世界坐标系下的三维位置信息确定为包围盒内初始网格的坐标信息。4.如权利要求2所述的一种面向CFD教学的教学血管模型生成方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐全，陈玲，王子轩，祝海，郎帅国，尹小芳，戴昆，王进，
申请(专利权)人：青岛埃米博创医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：