本发明专利技术公开了一种生理动态血流模拟方法、装置、计算机设备及存储介质，生理动态血流模拟方法包括以下步骤：获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数，以及获取完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据；构建左心室周期动态收缩的循环动态加载函数；构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数；构建动态动脉血液流量函数；构建主动脉瓣周期开闭激活函数；构建生理动态血流模型，并根据所述生理动态血流模型进行生理动态血流模拟。实现完整心动周期心脏主动脉系统动态生理特性的模拟，用于虚拟状态下的生理特性、功能损伤和损伤机理等研究，有效提高心脏主动脉系统建模以及功能、损伤研究的精度水平。平。平。
【技术实现步骤摘要】
生理动态血流模拟方法、装置、计算机设备及存储介质
[0001]本专利技术涉及生理动态血流模拟领域，更具体地说是指一种生理动态血流模拟方法、装置、计算机设备及存储介质。
技术介绍
[0002]心血管创伤和相关病症是当前全球人类死亡的最主要原因之一。特别在汽车碰撞事故中，创伤性主动脉破裂(Traumatic Rupture of the Aorta,TRA)致死人数占所有事故死亡人数的20％以上，是仅次于颅脑损伤的乘员第二大死亡原因。创伤性主动脉破裂是一种急性危重损伤，85％以上的主动脉损伤人员会在事故当场死亡，存活人员若未得到有效救治，50％以上会在24小时以内死亡。但在对事故受伤人员进行紧急救护时，主动脉损伤一般不易探查。甚至在多数事故中，乘员在事故现场并未发现主动脉损伤，但通常会在事故后某一不确定时间出现TRA，并迅速死亡。开展TRA研究一直是医学、事故损伤流行病学、安全技术等领域关注的重点。一方面，获取汽车碰撞TRA的致伤机制和损伤容限，可以更加有效地指导车辆和道路安全设计，降低碰撞事故中TRA的发生风险；另一方面，掌握发生TRA的事故特征和预测准则，可以帮助外科医生更加及时、准确地诊断主动脉损伤人员，减少误诊的风险。
[0003]近年来，随着计算机技术和有限元方法的不断进步，构建具有真实解剖学结构和生物力学特性的数字模型成为研究TRA的新方法。越来越多的研究人员通过构建不同类型的虚拟数字模型来研究心脏主动脉系统生理结构、功能特点、损伤机制、耐受极限等问题。在人体生理循环中主动脉血流是动态变化的，高低血压差值最多可达到峰值血压的三分之一以上。前期工作发现，汽车碰撞事故中乘员胸部碰撞载荷与主动脉生理动态血流复合作用下的血流压力突变对主动脉破裂具有重要影响，但限于心脏
‑
主动脉系统的复杂性和研究难度，已有的模型大多忽略了人体主动脉系统生理动态血流的影响。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种生理动态血流模拟方法、装置、计算机设备及存储介质。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提出一种生理动态血流模拟方法，包括以下步骤：
[0007]获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数，以及获取完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据；
[0008]根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室周期动态收缩的循环动态加载函数；
[0009]根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数；
[0010]根据所述正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数构建动态动
脉血液流量函数；
[0011]基于所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建主动脉瓣周期开闭激活函数；
[0012]根据所述循环动态加载函数、所述左心室动态血流压力与左心室动态容积函数、所述动态动脉血液流量函数以及所述主动脉瓣周期开闭激活函数构建生理动态血流模型，并根据所述生理动态血流模型进行生理动态血流模拟。
[0013]其进一步技术方案为：所述获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数的步骤，包括：
[0014]获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统的动脉血流压力、静脉血流压力、动脉血管顺应性以及外周阻抗。
[0015]其进一步技术方案为：所述根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室周期动态收缩的循环动态加载函数的步骤，包括：
[0016]在一个所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据中提取左心室的舒张末期最大容积以及收缩末期最小容积的心脏
‑
主动脉系统医学影像；
[0017]根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像进行建模和映射处理，得到左心室周期动态收缩的循环动态加载函数。
[0018]其进一步技术方案为：所述根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像进行建模和映射处理，得到左心室周期动态收缩的循环动态加载函数的步骤，包括：
[0019]根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像，通过影像提取、几何造型和有限元建模处理，分别构建舒张末期最大容积模型和收缩末期最小容积模型；
[0020]在所述舒张末期最大容积模型和收缩末期最小容积模型之间构建网格单元节点间的映射，确定网格单元节点的一一对应关系；
[0021]根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据建立左心室容积变化函数V
LV
(t)；
[0022]在所述映射的基础上结合所述左心室容积变化函数V
LV
(t)，得到运动位移函数D
i
(t)，并将所述运动位移函数D
i
(t)作为左心室周期动态收缩的循环动态加载函数。
[0023]其进一步技术方案为：所述根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数的步骤，包括：
[0024]根据所述左心室容积变化函数V
LV
(t)、左心室的舒张末期最大容积以及收缩末期最小容积，采用P
LV(t)
＝E
A
(t)(V
LV
(t)
‑
V
LVmin
)+E
P
(V
LV
(t)
‑
V
LVmax
)构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数，其中P
LV(t)
为左心室动态血流压力，V
LV
(t)为左心室动态容积，V
LVmax
为舒张末期最大容积，V
LVmin
为收缩末期最小容积，E
A
(t)为左心室心肌主动收缩时变弹性系数，E
P
为被动弹性系数。
[0025]其进一步技术方案为：所述根据所述正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数构建动态动脉血液流量函数的步骤，包括：
[0026]根据所述动脉血流压力、所述静脉血流压力、所述动脉血管顺应性以及所述外周阻抗，采用构建动态动脉血液流量函数，其中Q(t)为动脉血液流量，P(t)为动脉血流压力，P
V
为静脉血流压力，C为动脉血管顺应性，R
P
为外周阻抗。
[0027]其进一步技术方案为：所述基于所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建主动脉瓣周期开闭激活函数的步骤，包括：
[0028]基于所述舒张末期最大容积模型和所述收缩末期最小容积模型将心脏
‑
主动脉系统区域定义为充满两种材料的Euler流体网格，以左心室壁和主动脉壁为动态界限，内部自动定义为血液流体，外部自动定义为空气流体；
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种生理动态血流模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数，以及获取完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据；根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室周期动态收缩的循环动态加载函数；根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数；根据所述正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数构建动态动脉血液流量函数；基于所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建主动脉瓣周期开闭激活函数；根据所述循环动态加载函数、所述左心室动态血流压力与左心室动态容积函数、所述动态动脉血液流量函数以及所述主动脉瓣周期开闭激活函数构建生理动态血流模型，并根据所述生理动态血流模型进行生理动态血流模拟。2.根据权利要求1所述的生理动态血流模拟方法，其特征在于，所述获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统相关参数的步骤，包括：获取正常生理状态下完整心动周期心脏及主动脉系统的动脉血流压力、静脉血流压力、动脉血管顺应性以及外周阻抗。3.根据权利要求2所述的生理动态血流模拟方法，其特征在于，所述根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室周期动态收缩的循环动态加载函数的步骤，包括：在一个所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据中提取左心室的舒张末期最大容积以及收缩末期最小容积的心脏
‑
主动脉系统医学影像；根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像进行建模和映射处理，得到左心室周期动态收缩的循环动态加载函数。4.根据权利要求3所述的生理动态血流模拟方法，其特征在于，所述根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像进行建模和映射处理，得到左心室周期动态收缩的循环动态加载函数的步骤，包括：根据所述心脏
‑
主动脉系统医学影像，通过影像提取、几何造型和有限元建模处理，分别构建舒张末期最大容积模型和收缩末期最小容积模型；在所述舒张末期最大容积模型和收缩末期最小容积模型之间构建网格单元节点间的映射，确定网格单元节点的一一对应关系；根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据建立左心室容积变化函数V
LV
(t)；在所述映射的基础上结合所述左心室容积变化函数V
LV
(t)，得到运动位移函数D
i
(t)，并将所述运动位移函数D
i
(t)作为左心室周期动态收缩的循环动态加载函数。5.根据权利要求4所述的生理动态血流模拟方法，其特征在于，所述根据所述完整心动周期心脏主动脉系统形态学及运动成像数据构建左心室动态血流压力与左心室动态容积函数的步骤，包括：
根据所述左心室容积变化函数V
LV
(t)、左心室的舒张末期最大容积以及收缩末期最小容积，采用P
LV(t)
＝E
A
(t)(V
LV
(t)
‑
V
LVmin
)+E
P
...
【专利技术属性】
技术研发人员：马正伟，邱昌仁，陈家星，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：
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