[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

本發明公開了一種輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法及裝置，該方法包括：按照彈性固體建模方法構建患者的眼球壁模型，并采用基于數量密度的隱式迭代校正壓力的方法保持眼球壁的不可壓縮特性；針對術中在眼內腔填充硅油的場景，將硅油作為一種高粘性不可壓縮牛頓流體，根據流體和彈性固體之間的耦合方法，模擬硅油和眼球壁之間的交互；對術后房水進入玻璃體腔內產生的由水、硅油和眼球壁組成的三相耦合環境進行模擬，模擬水和硅油在不混溶邊界處發生的硅油乳化現象。本發明的技術方案按照彈性固體建模方法構建眼球壁，可視化填充環境，通過基于數量密度的體積不可壓縮模型模擬填充產生的動力學交互，可以為手術治療提供準確的定量分析。

技術領域

本發明涉及計算機圖形學流體模擬技術領域，特別涉及一種輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法及裝置。

背景技術

裂孔性視網膜脫離(Rhegmatogenous Retinal Detachment,RRD)即由視網膜裂孔引起的視網膜神經上皮層和色素上皮層之間脫離，是一種常見的原發性眼科疾病。對裂孔性視網膜脫離的一種主要治療方式是通過玻璃體切割聯合硅油眼內填充，以達到視網膜復位的效果。玻璃體是一種具有粘彈性、透明性和滲透性的膠狀物，位于晶狀體和視網膜之間。硅油因其自身理化性質穩定且生物耐受性好的優勢，現已被應用為一種玻璃體替代物，可以在眼內進行安全的填充。然而在玻璃體切割聯合硅油眼內填充手術中，由于硅油的填充量難以確定以及硅油乳化現象的存在，會造成一系列的眼內并發癥，如：角膜病變、青光眼等。因此，為手術的過程提供定量分析和可視化展示，對輔助解決以上問題有顯著效果。

由于眼球的外層結構和玻璃體都屬于彈性固體，在計算機模擬中可以按照彈性固體的方法來進行處理。在對彈性固體進行模擬時，為滿足物理上的計算需求，需要引入一種測量位移和計算梯度的方法。目前針對此類模擬，在基于粒子的方法中主要包括光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法和移動最小二乘法(MovingLeast Squares method,MLS)。然而在彈性固體需要和流體發生耦合的模擬場景中，由于難以保證彈性固體在產生形變過程中仍然維持不可壓縮特性，因此容易導致流體粒子在流固邊界處發生穿透。

對于玻璃體內存在的水以及手術中被填充的硅油都具有流體的形態和特點，在物理中遵循納維-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)表現的動力學規律。根據硅油和水的不混溶關系，可以按照非混合多相流體的方法進行模擬。這種非混合流體中的相通常不會合并在一起，無論是基于網格或基于粒子的方法都可以對此類流體進行模擬。在SPH框架中，一種方法是顯式計算粒子的碰撞并調整粒子位置，另一種是為不同相粒子分配不同的標簽和物理屬性，然而這些方法卻容易造成相間不連續的問題。

發明內容

本發明提供了一種輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法及裝置，為治療裂孔性視網膜脫離的玻璃體切割聯合硅油填充手術提供一種可視化方法，對硅油的填充量和取出時間實現定量分析并模擬硅油在眼內腔的狀況，幫助醫生在手術中確定理想的硅油填充量、解決硅油乳化影響難以預測的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法，所述輔助治療裂孔性視網膜脫離的硅油填充模擬方法包括：

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；