[發明專利]一種血管內造影劑擴散模擬方法

在審

• 申請號: 202210052502.3
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114494492A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 黃東晉;周舒華;劉傳蔓;劉金華;唐鵬斌
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T15/00;G06T15/04;G16H20/40;G16H50/50
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種血管內造影劑擴散模擬方法，其特征在于，包含以下操作步驟：

步驟1：血管邊界條件處理；使用連續的隱式邊界法來表示血管壁，并提前使用稀疏網格中的三次多項式來離散計算血管內各處的邊界體積貢獻，將其存儲到邊界體積圖中；

步驟2：模擬初始化；初始化模擬參數，初始化“血液-造影劑”混合粒子的屬性和位置，加載邊界體積圖；

步驟3：模擬循環；計算當前時刻每個“血液-造影劑”混合粒子的密度和受力，更新當前時刻所有粒子的速度和位置，并進行渲染。

2.根據權利要求1所述的血管內造影劑擴散模擬方法，其特征在于，所述步驟1的血管邊界條件處理包括如下操作：

1-1：使用符號距離函數來表示血管邊界；

1-2：使用具有32個節點的偶然性類型的三次多項式在規則六面體網格上來離散符號距離函數，在每個單元節點上采樣該處的符號距離值；

1-3：剔除遠離邊界的區域，只保留距離邊界四個光滑半徑的網格單元，形成一個稀疏、窄帶的模式；

1-4：求解粒子位于血管內某處時其支持域與邊界區域的相交體積，相交體積定義為以下公式：

其中，N(x_i)表示粒子x_i的支持域，x'表示N(x_i)區域中的任意值，φ(x')表示x'處的符號距離值，γ(φ(x'))表示一個三次擴展函數，其函數變量是φ(x')，γ用以下公式表示：

其中，C表示三次樣條核，r為光滑支持半徑，x表示函數γ的變量，在這里為x'處的符號距離值φ(x')；

1-5：在每個單元節點上對邊界體積函數V_B進行采樣，用30階的高斯-勒讓德求積法來計算每個節點上的V_B值。

3.根據權利要求1所述的血管內造影劑擴散模擬方法，其特征在于，所述步驟2的模擬初始化包括如下操作：

2-1：初始化粒子總數、生命周期、光滑半徑、粒子大小、模擬步長參數；

2-2：均勻設置“血液-造影劑”混合粒子的位置使其充滿血管，以此來模擬注入造影劑前血管中原有的血流；

2-3：為邊界模型加載邊界體積圖。

4.根據權利要求1所述的血管內造影劑擴散模擬方法，其特征在于，所述步驟3的模擬循環包括如下操作：

3-1：采用最鄰近域搜索算法來對粒子進行鄰居查找；

3-2：根據粒子當前的位置對提前生成的邊界體積圖進行查詢，得到粒子支持半徑與邊界的相交體積；

3-3：求解“血液-造影劑”混合粒子每一相的體積分數的變化并對其進行更新，“血液-造影劑”混合粒子i中相k的體積分數的變化定義為以下公式：

其中，α_k為粒子中相k的體積分數，而且需要滿足u_m為混合流體速度，u_mk為相k漂移速度，漂移速度u_mk定義為以下公式：

其中，τ為控制慣性和壓力大小的參數，τ的值越大慣性和壓力效果越大，σ為控制擴散速度的參數，σ的值越大其擴散速度越快，c_ki為粒子i相k的質量分數，a_i為粒子i的加速度，粒子i相k壓強梯度與體積分數梯度分別表示為：

其中，p_ki為混合粒子i相k的壓強，p_mi為混合粒子i壓強，W_ij為光滑核函數，m_j為混合粒子j的質量，為混合粒子i的由其所有鄰居粒子j通過光滑核函數W_ij插值得到的插值密度，當該混合粒子靠近邊界時，包括邊界密度貢獻；p_ki，p_mi，的計算公式如下：

p_ki＝α_kip_mi

其中，κ為氣態常數，x*是邊界上距離粒子x_i最近的點，V_B是粒子i得到的邊界密度貢獻，即在邊界體積圖上查詢到的值；

3-4：求解每一個“血液-造影劑”混合粒子的加速度，其計算公式如下：

其中，為混合流體密度，ρ_k為相k的靜止密度，g為重力加速度，T_m為混合流體的黏滯應力張量，T_Dm為相間對流的動量轉移量，f_r為邊界對粒子的摩擦力；

3-5：更新每一個“血液-造影劑”混合粒子的速度和位置；

3-6：對所有粒子進行渲染。