[發明專利]輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法及裝置

在審

• 申請號: 202211035231.7
• 申請日: 2022-08-26
• 公開（公告）號: CN115424730A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 王笑琨;徐衍睿;班曉娟;王佳敏;熊樂歌;黃厚斌;朱志鴻;姚超
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;中國人民解放軍總醫院海南醫院
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06T5/00;G06T17/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

1.一種輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，包括：

按照彈性固體建模方法構建患者眼球壁模型，模擬眼內硅油填充環境，并采用基于數量密度的隱式迭代校正壓力的方法保持彈性固體的不可壓縮特性；

基于構建的眼球壁模型，將所填充的硅油作為一種高粘性不可壓縮牛頓流體，對術中在眼內腔填充硅油的場景進行模擬，根據流體和彈性固體之間的耦合方法，針對術中在眼內腔填充硅油的場景，模擬硅油和眼球壁之間的交互；

基于構建的眼球壁模型，對術后房水進入玻璃體腔內產生的由水、硅油以及眼球壁組成的三相耦合環境進行模擬，模擬所述三相耦合環境中的水和硅油在不混溶邊界處發生的硅油乳化現象，以模擬出填充后的硅油的乳化速度。

2.如權利要求1所述的輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，所述按照彈性固體建模方法構建患者眼球壁模型，模擬眼內硅油填充環境，并采用基于數量密度的隱式迭代校正壓力的方法保持彈性固體的不可壓縮特性，包括：

獲得構建眼球三維模型的眼球參數，構建眼球模型；其中，所述眼球參數包括：眼內壓，眼球直徑，玻璃體腔上下徑、水平徑以及前后徑；

通過三維點云采樣算法對所述眼球模型進行離散化粒子采樣；

遵循人體眼球壁所具有的生物力學特征，使用對應的楊氏模量和泊松比對眼球壁結構進行彈性體建模，構建出眼球壁模型，模擬眼內硅油填充環境；

計算眼球壁模型在不同受力環境下產生的形變梯度、應力和應變，獲得眼球壁在彈性力作用下的可壓縮中間狀態；

通過壓強梯度產生的壓強力來迭代校正數量密度保證眼球壁的不可壓縮特性。

3.如權利要求2所述的輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，所述模擬硅油和眼球壁之間的交互，包括：

分析硅油在眼內填充后的受力情況，基于光滑粒子動力學方法和納維-斯托克斯方程，計算物理場并完成動力學模擬；

考慮流體和彈性固體間的耦合，通過用眼內邊界粒子對眼球壁表面進行采樣，近似計算邊界粒子對流體粒子的貢獻，模擬流體與固體邊界存在的黏附效應；

結合粒子間內聚力和能夠使表面積最小化的曲率力，計算硅油和眼球壁之間存在的表面張力，模擬硅油在視網膜上的鋪展作用。

4.如權利要求3所述的輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，所述通過用眼內邊界粒子對眼球壁表面進行采樣，近似計算邊界粒子對流體粒子的貢獻，包括：

用眼內邊界粒子對眼球壁表面進行采樣，基于光滑粒子動力學方法，在采樣范圍內計算邊界粒子的數量密度和體積，基于邊界粒子的體積獲得邊界粒子對流體粒子在動力學模擬中涉及的物理場的貢獻。

5.如權利要求3所述的輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，所述結合粒子間內聚力和能夠使表面積最小化的曲率力，計算硅油和眼球壁之間存在的表面張力，包括：

通過平滑顏色場的方法確認流體與彈性固體之間的表面位置，測量表面曲率和垂直于流體表面的法向量信息；

引入正比于表面曲率的曲率力抵消表面曲率，由表面張力系數控制液面收縮程度，實現表面積最小化；

采用核函數模擬粒子間的內聚力，所述內聚力表現為吸引和排斥兩種現象，設定閾值對粒子間的位移矢量進行劃分，當鄰域粒子間的距離大于所述閾值時，核函數表現為正向的吸引力，反之，核函數表現為負向的排斥力。

6.如權利要求2所述的輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，其特征在于，模擬所述三相耦合環境中的水和硅油在不混溶邊界處發生的硅油乳化現象，以模擬出填充后的硅油的乳化速度，包括：

通過體積分數表示各流體粒子內各流體相的含量，基于體積分數方案加權計算流體粒子在模擬過程中涉及的物理量，從而描述流體的分布和運動狀態；

根據粒子間和粒子內的物理控制方程，進行近似不可壓縮性質下水和硅油的動力學模擬，計算不同相流體粒子之間發生的相交換，更新每個離散時刻結束后粒子各物理量和體積分數的數值，模擬硅油的乳化速度。