CN107049487A - 颅内动脉瘤治疗的模拟方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种颅内动脉瘤治疗的模拟方法及装置，该方法包括创建弹簧圈的三维结构、将弹簧圈放置到动脉瘤中，包括模拟计算将弹簧圈包装到一根仿真导管中以及、将弹簧圈释放到动脉瘤中；创建支架的三维结构、支架放置到载瘤血管中，包括模拟计算将支架压缩放置到微导管、将支架及微导管弯曲、将支架释放到载瘤血管；创建弹簧圈的结构及模拟计算弹簧圈放置到动脉瘤时，将弹簧圈模拟成三维欧拉‑伯努利梁；创建支架三维结构及模拟计算支架放置到载瘤血管时，将支架模拟成三维壳单元；模拟计算支架释放到载瘤血管时，将支架及微导管沿着载瘤血管的中心线进行弯曲。该装置用于实现上述的模拟方法。本发明能提高模拟计算的效率，减少计算时间。

Description

颅内动脉瘤治疗的模拟方法及控制装置

技术领域

本发明涉及转化医学领域，具体地，涉及一种模拟治疗颅内脑动脉瘤的方法以及实现这种方法的装置。

背景技术

颅内动脉瘤是一种常见的脑部疾病，对人体的危害非常大，由于颅内动脉瘤是颅内动脉壁病理性的膨出，如图1所示，动脉瘤11通常是在载瘤血管10的动脉壁上形成，常见于脑血管威利斯环的动脉分叉处，且动脉瘤破裂后果是致命性的，大约有一半的病患不能存活，剩余另一半的病患经过治疗后往往效果也不理想，通常出现不同程度的身体功能性障碍。

弹簧圈栓塞是目前治疗动脉瘤最常见也是最有效的方法，如图2所示，该方法是将一个弹簧圈12释放到动脉瘤11内，通过弹簧圈12对动脉瘤11的栓塞作用来减少动脉瘤11内血流流动，其治疗过程包括释放一系列的弹簧圈12到动脉瘤11的腔内，弹簧圈12填充引起后续动脉瘤11内的血栓形成，最终对动脉瘤11进行栓塞，达到把动脉瘤11隔绝于血流循环之外的效果。

对于宽颈动脉瘤，通常还需要将一种疏网的支架常常放置在载瘤血管中，如图3所示，将弹簧圈12释放到动脉瘤11后，还需要在载瘤血管10上放置多孔支架13，来防止弹簧圈12从动脉瘤11的腔内落到载瘤血管10内，这种手术方法叫支架辅助的弹簧圈栓塞方法。

近几年，人们也开始研究一种密网支架来重构载瘤血管进行对脑动脉瘤进行栓塞的方法，如图4所示的，这种方法是通过在载瘤血管10内放置一个密网支架14来减少进入到动脉瘤11腔内血流速度和血流量，进而在动脉瘤11的腔内形成血栓。通常，密网支架14的金属网覆盖率在30-35％左右。密网支架14针对大动脉瘤和宽颈等复杂动脉瘤特别有效，有时候植入密网支架14同时还可以放置少量的弹簧圈，如图5所示，在动脉瘤11内放置少了的弹簧圈15，并且在载瘤血管10上放置密网支架14，且密网支架14放置在动脉瘤11的开口处的一端载瘤血管10上。

前瞻性随机的多中心临床试验表明，跟传统的开颅手术，即通过动脉瘤夹来夹闭动脉瘤的方法相比，弹簧圈和支架介入治疗的方法对破裂和未破裂动脉瘤有更好的结果。但是，弹簧圈栓塞的一个最大的弱点是有很高的复发率，并且需要对这些复发的动脉瘤进行重新治疗。目前弹簧圈栓塞复发的机理没有完全理解，但是从直观的和大量学术研究表明，弹簧圈或者支架辅助的弹簧圈栓塞之后的复发跟血流动力学的改变有密切的关系。

基于医学图像的计算流体力学(CFD)在动脉瘤治疗前后的血流动力学分析中应用广泛，但是，计算流体力学仿真需要准确的弹簧圈、支架或者密网支架的真实的三维结构，这个问题正是目前对弹簧圈和支架进行虚拟释放模拟计算的挑战，因为之前的方法不能有效地扑捉弹簧圈和支架的现实释放之后的三维结构。

目前动脉瘤模拟仿真计算相关方法有基于多孔介质的方法和快速的释放方法，包括弹簧圈的动态路径法和支架的单形网格膨胀法。例如中国发明专利申请CN103198202A就公开了一种基于数学模型膨胀方法来进行对动脉瘤载瘤血管支架的释放方法。虽然这些方法的计算速度比较快，但是其准确性大打折扣。

而有限元方法(FEM)也应用在虚拟释放弹簧圈和支架中例如，在国际专利申请PTC/US2015/012941则介绍了一种有限元算法在动脉瘤支架和弹簧圈虚拟治疗中的应用。基于有限元的方法很准确，得益于该方法能扑捉其释放过程的机械特性。正因为该方法能扑捉其机械性能和行为的所有细节，该方法在计算时间上花费非常长，因此不能在实际中得到广泛应用。比如，基于有限元方法的HiFiVS计算在计算密网支架的输送过程需要花费100个小时以上，耗时大，往往导致该方法需要花费大量的费用以及时间，难以在临床上推广应用。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种能够快速且精确模拟计算动脉瘤治疗时弹簧圈以及支架释放的颅内动脉瘤治疗的模拟方法。

本发明的第二目的是提供一种能够快速且精确模拟计算动脉瘤治疗时弹簧圈以及支架释放的颅内动脉瘤治疗的模拟装置。

为了实现上述的第一目的，本发明提供的颅内动脉瘤治疗的模拟方法包括创建用于模拟计算的弹簧圈三维结构；构建用于模拟计算的动脉瘤三维结构及载瘤血管三维结构；模拟计算将弹簧圈放置到动脉瘤中，包括模拟计算将弹簧圈包装到一根仿真导管中以及模拟计算将弹簧圈释放到动脉瘤中；创建用于模拟计算的支架三维结构，并且模拟计算支架放置到载瘤血管中，包括：模拟计算将支架压缩放置到微导管中；模拟计算将支架及微导管弯曲；模拟计算将支架释放到载瘤血管中；其中，创建用于模拟计算的弹簧圈三维结构以及模拟计算弹簧圈放置到动脉瘤时，将弹簧圈模拟成三维欧拉-伯努利梁；创建用于模拟计算的支架三维结构以及模拟计算支架放置到载瘤血管时，将支架模拟成三维壳单元；模拟计算支架释放到载瘤血管时，将支架及微导管沿着载瘤血管的中心线进行弯曲。

由上述方案可见，由于在模拟计算过程中，本发明的方法对有限元的计算方法进行简化，从而不需要像传统有限元计算方法那样对弹簧圈和支架的释放过程进行精确扑捉每一个细节，并且整个计算过程不需要准确计算应力的分布，弹簧圈和支架仿真的速度大大提高，模拟所消耗的时间也大大缩短。

一个优选的方案是，模拟计算将弹簧圈包装到仿真导管时，对弹簧圈设定一个与弹簧圈等长的位移边界，并且模拟将弹簧圈的末端与仿真导管的末端固定连接。

由此可见，通过对弹簧圈包装仿真过程的限制，从而为在仿真能够真实的模仿出弹簧圈包装的真实情况，也即是将弹簧圈的预应力模拟出来，模拟的效果更加理想。

进一步的方案是，将支架及微导管沿着载瘤血管的中心线进行弯曲时，将载瘤血管的中心线模拟成一段圆弧。

由于模拟成圆弧能够简单对模拟过程进行计算，从而大大提高模拟计算的效率，减少模拟计算所消耗的时间。

更进一步的方案是，设置一个弹簧圈包装数据库，弹簧圈包装数据库包括有二种以上的弹簧圈包装到仿真导管的第一模拟数据；模拟计算将弹簧圈释放到动脉瘤时，从弹簧圈包装数据库中获取其中一种第一模拟数据作为模拟计算将弹簧圈包装到仿真导管的数据。

由此可见，预先将多个弹簧圈包装的数据存储在弹簧圈包装数据库中，在仿真过程中只需要调取已经保存的第一模拟数据即可。由于弹簧圈包装的仿真过程往往需要花费大量的时间，如果从数据库中直接获取第一模拟数据，能够大大加快整个模拟计算过程。

更进一步的方案是，设置一个支架压缩数据库，支架压缩数据库包括有二种以上的支架压缩到微导管的第二模拟数据；模拟计算将支架释放到载瘤血管时，从支架压缩数据库中获取其中一种第二模拟数据作为将支架压缩放置到微导管中的数据。

由此可见，预先将支架压缩的模拟数据存储并形成一个数据库，在模拟时只需要从数据库中获取第二模拟数据即可，可以大大提高整个模拟计算的效率。

更进一步的方案是，模拟计算将弹簧圈放置到动脉瘤与模拟计算支架放置到载瘤血管相互独立进行。

由此可见，将弹簧圈仿真和支架仿真进行分开仿真，仿真的复杂度会大大降低，并且在后续的处理时，不需要解决弹簧圈和支架在仿真过程中复杂的交互影响。

为了实现上述的第二目的，本发明提供的颅内动脉瘤治疗的模拟装置包括弹簧圈创建模块，创建含有预应力的的弹簧圈三维结构；动脉瘤及载瘤血管构建模块，用于从医学图像中重构用于模拟计算的动脉瘤三维结构及载瘤血管三维结构；弹簧圈放置模拟模块，用于模拟计算将弹簧圈放置到动脉瘤中，包括模拟计算将弹簧圈包装到一根仿真导管中以及模拟计算将弹簧圈释放到动脉瘤中；支架创建模块，用于创建在自然无预应力状态下模拟计算的支架三维结构；支架放置模拟模块，用于模拟计算支架放置到载瘤血管中，包括：模拟计算将支架压缩放置到微导管中；模拟计算将支架及微导管弯曲；模拟计算将支架释放到载瘤血管中；其中，弹簧圈创建模块以及弹簧圈放置模拟模块在创建弹簧圈的三维结构以及模拟计算弹簧圈放置到动脉瘤时，将弹簧圈模拟成三维欧拉-伯努利梁；支架创建模块以及支架放置模拟模块在创建支架的三维结构以及模拟计算支架放置到载瘤血管时，将支架模拟成三维壳单元，且支架放置模拟模块在模拟计算支架释放到载瘤血管时，将支架及微导管沿着瘤血管的中心线进行弯曲。

由上述方案可见，在模拟计算过程中，模拟装置对现有的有限元的计算方式进行简化，即不需要对弹簧圈和支架的释放过程进行精确扑捉每一个细节，并且整个计算过程不需要准确计算应力的分布，弹簧圈和支架仿真的速度大大提高，模拟所消耗的时间也大大缩短。

附图说明

图1是动脉瘤与载瘤血管的示意图。

图2是弹簧圈填充到动脉瘤中的示意图。

图3是多孔支架放置到载瘤血管中的示意图。

图4是密网支架放置到载瘤血管中的示意图。

图5是弹簧圈填充到动脉瘤中且密网支架放置到载瘤血管中的示意图。

图6是本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例的流程图。

图7是发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中创建的具有预应力的弹簧圈固有三维结构的示意图。

图8是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算的弹簧圈包装到仿真导管的示意图。

图9是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算的弹簧圈释放到动脉瘤的示意图。

图10是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架压缩到微导管前的示意图。

图11是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架压缩到微导管的示意图。

图12是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架压缩到微导管后的示意图。

图13是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架与微导管弯曲的示意图。

图14是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架释放的第一状态的示意图。

图15是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架释放的第二状态的示意图。

图16是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架释放的第三状态的示意图。

图17是应用本发明颅内动脉瘤治疗模拟方法实施例中模拟计算支架释放的第四状态的示意图。

图18是本发明颅内动脉瘤治疗模拟装置实施例的结构框图。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的颅内动脉瘤治疗的模拟方法是通过计算机上运行的应用程序模拟出颅内动脉瘤治疗时进行的弹簧圈包装、释放以及支架的放置等过程，使用仿真软件进行仿真。本发明的模拟方法是一种简化的有限元方法，从而既能准确可靠的进行仿真，同时又能快速的进行模拟，在准确性和实用性达到一个平衡。本发明可以应用在临床实践中，在动脉瘤治疗之前，对临床医生提供基于不同治疗方案的弹簧圈或者支架释放三维模型，进而通过计算流体力学的方法得到血流动力学的改变情况，进而进行个性化和精准化医疗。本发明的方法包括弹簧圈虚拟治疗的模拟方法以及支架的快速准备的虚拟治疗方法。

本发明的颅内动脉瘤治疗的模拟装置是运行在计算机上的程序，用于实现上述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法。下面结合图6对本发明的颅内动脉瘤治疗的模拟方法进行说明。

首先，执行步骤S1，创建弹簧圈的三维结构，并且，创建的弹簧圈是包含有预应力的弹簧圈，也就是预成型的弹簧圈三维结构。创建出来的弹簧圈结构如图7所示，由于弹簧圈21由几家主要的生产厂家制造，因此可以从生产厂家获取弹簧圈21的参数，从而计算出弹簧圈21三维线性结构。并且，通过在制图软件，如CAD软件中加载弹簧圈结构的直径，可以模拟计算出具有一定厚度的弹簧圈21的三维结构。

接着，执行步骤S2，构建出动脉瘤及载瘤血管的三维结构，动脉瘤及载瘤血管的三维结构通常是通过医学图像中重构出来，使用常用的重构方法即可以实现动脉瘤及载瘤血管的三维结构的构建。

然后，执行步骤S3，模拟计算将弹簧圈放置到动脉瘤的过程。这一过程包括两个步骤，第一个步骤是模拟弹簧圈包装到仿真导管的过程，第二个步骤是模拟计算弹簧圈从仿真导管中释放并且释放到动脉瘤的过程。为了简化仿真的计算，本实施例中，弹簧圈被简化成三维的欧拉-伯努力梁。并且，在模拟计算过程中，所有的接触问题用一般性接触算法来进行模拟，摩擦行为是通过处罚方法和对压强咬合过度行为的硬接触约束来实现的。在模拟计算中，弹簧圈是有弹性的，各向同性的，并且模拟弹簧圈由铂钨合金材料制成。在模拟过程中，动脉瘤被假设成不可移动变形的，模拟过程是全部约束的，且仿真导管是模拟成三维的离散的刚性的壳。

模拟计算将弹簧圈放置到动脉瘤内的两个步骤，即将弹簧圈包装到仿真导管内以及将弹簧圈释放，具体是将预成型的弹簧圈“拉”进仿真导管中完成弹簧圈的包装，然后将弹簧圈“推”到动脉瘤腔内完成弹簧圈的释放过程。

下面结合图8介绍将弹簧圈包装到仿真导管的过程。模拟计算将弹簧圈21包装到仿真导管20是将有预定形状的弹簧圈21被虚拟地拉到仿真导管20中。在模拟计算时，假设仿真导管20的长度和直径比弹簧圈21的长度和直径稍微长和稍微大。在模拟计算过程中，需要假设弹簧圈21有一个与弹簧圈21等长的位移边界条件，并且假设将弹簧圈21末端和仿真导管20末端连接起来，从而阻止在仿真过程中，弹簧圈21的过度变形和震荡。因此，在模拟计算弹簧圈21被包装到仿真导管20后，弹簧圈21应该是模拟的被全部放置到仿真导管20中。

模拟计算弹簧圈释放时，参见图9，应用步骤S2获得的模拟计算出的动脉瘤31以及载瘤血管30的三维结构进行模拟计算，并且，一个位移边界条件应用在弹簧圈31的最近段的位置。为了保持整个模拟计算的过程是准静态的，需要将弹簧圈21释放过程定义为足够长，以阻止明显的惯性影响。通过拉直弹簧圈21产生的应变能将迫使弹簧圈21在释放到动脉瘤31腔内恢复初始的预成型时的结构。

在以往的有限元方法对弹簧圈包装的模拟过程中，虽然也是将一根直的弹簧圈放置在仿真导管中，但模拟计算时该弹簧圈是没有预应力的，只是在弹簧圈的每个节点单元上设置一个集中力来扑捉弹簧圈预结构。但是这种假设是不现实的，实际上弹簧圈是有预应力的。因此，本发明在创建弹簧圈21的三维结构以及模拟计算将弹簧圈21放置到仿真导管20时，为了更加接近现实情况，在弹簧圈21的整个包装、释放过程进行仿真模拟计算时，均包括将有预应力能的弹簧圈21推送到仿真导管20内和将仿真导管20中的弹簧圈21推送到脑动脉瘤31腔内，整个过程均是按照弹簧圈21有预应力的形态在动脉瘤31的腔内进行栓塞进行模拟计算的。

为了更加有效快速的进行弹簧圈21的包装过程的模拟计算，优选的方案是，设置一个弹簧圈包装数据库，该数据库中包括有多种不同类型、不同型号的弹簧圈在包装到仿真导管时的模拟数据。这样，在模拟弹簧圈包装到仿真导管时，只需要进行第二个步骤，即将弹簧圈释放到动脉瘤腔内，而不需要进行第一个步骤，即弹簧圈包装的步骤，从而大大减小模拟计算所消耗的时间。

接着，执行步骤S4，创建支架的三维结构，该支架三维结构应该是自然无预应力状态下的支架三维结构。为了简化支架辅助弹簧圈栓塞的过程，优选的方案是，将弹簧圈的模拟计算过程与支架的释放过程完全分开，进行各自的单独仿真计算。并且最后将释放后的弹簧圈、支架将和动脉瘤以及载瘤血管系统叠加在一起进行血流动力学的计算。

需要强调的是，本实施例中，弹簧圈的模拟计算和支架的模拟计算独立分别进行的，也就是步骤S3与步骤S4之间没有特定的先后顺序，可以先执行支架的模拟计算，然后执行弹簧圈放置过程的模拟计算，或者支架的模拟计算与弹簧圈放置到动脉瘤的模拟计算同步进行，这并不影响本发明的实施。

下面介绍支架的三维结构的创建过程。目前两种主要的用于辅助弹簧圈栓塞的颅内支架包括美国Codman公司生产的Enterprise支架和美国STRYKER生产的Neuroform支架，这两种支架都是激光雕刻支架，材料都是具有超弹性的镍钛合金材料，这种材料能将支架进行自我释放的过程。其中Enterprise支架是一种闭环设计，直径只有一种尺寸，即4.5mm，其具有四种不同的长度，分别是14mm、22mm、28mm和37mm。而Neuroform支架是一种开环设计，有5种不同的直径尺寸，包括2.5mm、3mm、3.5mm、4mm和4.5mm，其有三种不同的长度，包括10mm、15mm和20mm。本实施例中，支架的三维模型可以是通过pyFormex数据库进行创建。

本实施例的支架仿真过程与传统的有限元对支架进行每个机械细节的仿真方法不同，本实施例应用简化了的三个步骤对支架进行仿真，三个步骤分别是：将支架的压缩和放置到微导管中；将支架-微导管系统弯曲；将支架释放到载瘤血管中。

创建支架的三维结构时，将支架的模拟结构加载到有限元应用软件中生成四个节点的线性四边形壳单元，动脉瘤的结构被假设成在整个仿真过程中是不动的，其计算结构是三角形单元。支架压缩过程应用到的圆柱形压缩器被模拟为没有材料属性的薄膜单元，圆柱形的微导管被模拟为钢混的壳单元，其中钢混的不锈钢加固可以防止仿真过程中的出现褶皱和扭结。整个支架模拟计算过程是解位移驱使的接触问题，用有限移动跟踪方法对表面和表面进行离散化，惩罚方法将被用于近似硬压强过度咬合问题，表面对表面的接触应用的是一般接触算法来进行模拟计算。

参见图10至图13，将支架26压缩并且把支架26放置到微导管25时，首先将支架26放置在一个压缩器27内，通过一个压缩器27在径向上对支架26进行径向压缩，压缩时，压缩器27的周壁沿支架26的径向收缩，如图10中箭头方向所示。此时，使用一根推杆28推动支架26的一端，将支架26推动到微导管25内，如图11所示。此时，压缩了的支架26被放入到微导管25中，并且让压缩了的支架26在微导管25里膨胀并且周壁接触到微导管26时，将压缩器27去掉，如图12所示。

因为支架26的压缩的模拟计算过程占整个支架26的仿真模拟计算过程的大部分时间，本实施例中，设置一个支架压缩数据库，支架压缩数据库中包含有二种以上的支架被压缩时的模拟数据。由于Enterprise支架仅仅有4种不同的直径和长度组合，而Neuroform支架也只有15种不同的组合。因此，只需要选取压缩好了的有应力势能的支架，即可以进行支架的模拟计算的后续步骤。

模拟计算将支架26压缩到微导管25后，还需要对整个支架-微导管系统进行弯曲的模拟计算。在本实施例中，可以沿着载瘤动脉的中心线对压缩了的支架26和微导管25组成的系统进行弯曲。弯曲将加载在圆柱形的微导管25上，微导管25表示实际的包括支架的输送系统。并且，载瘤血管30的中心线将通过血管的几何图形获得。为了更精确的计算，载瘤血管30的中心线将通过圆弧来近似，也就是将载瘤血管30的中心线模拟成一段圆弧，微导管25将根据这些圆弧来进行弯曲。通过这种方式进行模拟计算，支架26的弯曲仿真过程将是很平滑地进行，可以大大提高仿真的稳定性。

然后，执行步骤S5，模拟计算将支架26放置到载瘤血管30中。在完成了步骤S4后，即已经完成弯曲的支架-微导管系统放置到载瘤血管里后，即可以连续地回拉微导管26，如图14至图17所示，模拟计算将弯曲的微导管25推送至载瘤血管30靠近动脉瘤31的一段后，将微导丝33固定，并且回拉微导管26，同时稳定住推进器29，如图15所示，此时支架26将不断膨胀，慢慢地完全从微导管25中释放出来，如图16所示。当支架26释放完毕后，可以将推进器29以及微导丝33会拉，从而将支架26留在载瘤血管30内，如图17所示，支架26的释放模拟计算过程完成。优选的，上述步骤中，将动脉瘤和血管被简化成刚性的，并且在整个模拟计算过程中是完全约束的。

最后，执行步骤S6，将释放后的弹簧圈、支架将和动脉瘤以及载瘤血管系统叠加在一起进行血流动力学的模拟计算，从而获得模拟计算的结果，并且根据结果来评价弹簧圈以及支架的效果。

下面结合图18介绍颅内动脉瘤治疗模拟装置。本实施例的模拟装置包括弹簧圈创建模块41、动脉瘤及载瘤血管构建模块42、弹簧圈放置模拟模块43、支架创建模块44、支架放置模拟模块45以及血流动力计算模块46。

弹簧圈创建模块41用于创建弹簧圈的三维结构，例如从生产厂家获取弹簧圈的参数并且创建出弹簧圈的具体形状。动脉瘤及载瘤血管构建模块42用于从医学图像中重构动脉瘤及载瘤血管的三维结构。

弹簧圈放置模块43用于模拟计算弹簧圈放置到动脉瘤的过程，包括模拟计算弹簧圈包装到仿真导管的过程以及将弹簧圈释放到动脉瘤内的过程，在模拟弹簧圈包装以及弹簧圈释放的过程时，将弹簧圈模拟成三维欧拉-伯努力梁。

支架创建模块44用于创建出支架的三维结构，而支架放置模拟模块45用于模拟计算支架放置到载瘤血管的过程，包括将支架压缩放置到微导管的过程、将支架与微导管弯曲的过程以及将支架从微导管释放到载瘤血管的过程。而血流动力计算模块46则用于将释放后的弹簧圈、支架将和动脉瘤以及载瘤血管系统叠加在一起进行血流动力学的模拟计算。

由于本发明对传统的有限元模拟计算动脉瘤的模拟方法进行改进，使得弹簧圈和支架仿真的速度大大提升，且仿真的时间大大缩短。模拟计算的目的是给计算流体力学提供足够精确的弹簧圈和支架释放的三维模型，进行准确的计算流体力学计算，因此本发明不需要像传统有限元方法对弹簧圈和支架的释放过程进行精确扑捉每一个细节，这是因为本发明的目的是提供准备的弹簧圈和支架释放之后的三维模型，进行后续的计算流体力学计算，因此不需要准备计算应力的分布。

并且，由于本发明使用了两个数据库，包括将各类弹簧圈包装的数据库以及各类支架进行压缩到导管中的支架压缩数据库，这样会进一步减少弹簧圈释放和支架释放整个过程的仿真时间，大大提高了模拟计算的效率。在传统的模拟计算方法中，弹簧圈包装的模拟计算和支架压缩模拟计算的有限元仿真分别需要花费1个小时和5个小时左右的时间，本实施例中，通过建立两个数据库，包括各种不同尺寸的弹簧圈和压缩到导管的支架的模拟数据，在模拟计算时直接调用这些数据库，将大大减少对以后病例弹簧圈和支架整个释放过程的仿真时间。应用这两个数据库，在进行弹簧圈的模拟计算时，只需要进行将弹簧圈推出导管的模拟计算，在对支架进行模拟计算时，也只需要对支架释放到载瘤血管的过程的模拟计算，应用两个数据库后，弹簧圈和支架释放过程的模拟计算只需要1个小时左右。

另外，由于本发明在辅助弹簧圈模拟计算过程中，弹簧圈的模拟计算和支架的模拟计算独立分别进行的，这样模拟计算的复杂度将会大大降低。这样，不需要解决弹簧圈和支架在模拟计算过程中复杂的交互影响。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于，该方法包括：

创建用于模拟计算的弹簧圈三维结构；

构建用于模拟计算的动脉瘤三维结构及载瘤血管三维结构；

模拟计算将所述弹簧圈放置到所述动脉瘤中，包括模拟计算将所述弹簧圈包装到一根仿真导管中以及模拟计算将所述弹簧圈释放到所述动脉瘤中；

创建用于模拟计算的支架三维结构，并且模拟计算所述支架放置到载瘤血管中，包括：模拟计算将所述支架压缩放置到微导管中；模拟计算将所述支架及所述微导管弯曲；模拟计算将所述支架释放到所述载瘤血管中；

其中，创建所述用于模拟计算的弹簧圈三维结构以及模拟计算所述弹簧圈放置到所述动脉瘤时，将所述弹簧圈模拟成三维欧拉-伯努利梁；

创建所述用于模拟计算的支架三维结构以及模拟计算所述支架放置到所述载瘤血管时，将所述支架模拟成三维壳单元；

模拟计算所述支架释放到所述载瘤血管时，将所述支架及所述微导管沿着所述载瘤血管的中心线进行弯曲。

2.根据权利要求1所述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于：

模拟计算将所述弹簧圈包装到所述仿真导管时，对弹簧圈设定一个与所述弹簧圈等长的位移边界，并且模拟将所述弹簧圈的末端与所述仿真导管的末端固定连接。

3.根据权利要求1所述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于：

将所述支架及所述微导管沿着所述载瘤血管的中心线进行弯曲时，将所述载瘤血管的中心线模拟成一段圆弧。

4.根据权利要求1至3任一项所述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于：

设置一个弹簧圈包装数据库，所述弹簧圈包装数据库包括有二种以上的弹簧圈包装到仿真导管的第一模拟数据；

模拟计算将所述弹簧圈释放到所述动脉瘤时，从所述弹簧圈包装数据库中获取其中一种所述第一模拟数据作为模拟计算将所述弹簧圈包装到所述仿真导管的数据。

5.根据权利要求1至3任一项所述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于：

设置一个支架压缩数据库，所述支架压缩数据库包括有二种以上的支架压缩到所述微导管的第二模拟数据；

模拟计算将所述支架释放到载瘤血管时，从所述支架压缩数据库中获取其中一种所述第二模拟数据作为将所述支架压缩放置到所述微导管中的数据。

6.根据权利要求1至3任一项所述的颅内动脉瘤治疗的模拟方法，其特征在于：

模拟计算将所述弹簧圈放置到所述动脉瘤与模拟计算所述支架放置到所述载瘤血管相互独立进行。

7.颅内动脉瘤治疗的模拟装置，其特征在于，该装置包括：

弹簧圈创建模块，用于创建含有预应力的弹簧圈三维结构；

动脉瘤及载瘤血管重构模块，用于从医学图像中重构用于模拟计算的动脉瘤三维结构及载瘤血管三维结构；

弹簧圈放置模拟模块，用于模拟计算将所述弹簧圈放置到所述动脉瘤中，包括模拟计算将所述弹簧圈包装到一根仿真导管中以及模拟计算将所述弹簧圈释放到所述动脉瘤中；

支架创建模块，用于创建在自然无预应力状态下的支架三维结构；

支架放置模拟模块，用于模拟计算所述支架放置到载瘤血管中，包括：模拟计算将所述支架压缩放置到微导管中；模拟计算将所述支架及所述微导管弯曲；模拟计算将所述支架释放到所述载瘤血管中；

其中，所述弹簧圈创建模块以及所述弹簧圈放置模拟模块在分别创建所述弹簧圈的三维结构以及模拟计算所述弹簧圈放置到所述动脉瘤时，将所述弹簧圈模拟成三维欧拉-伯努利梁；

所述支架创建模块以及所述支架放置模拟模块在分别创建所述支架三维结构以及模拟计算所述支架放置到所述载瘤血管时，将所述支架模拟成三维壳单元，且所述支架放置模拟模块在模拟计算所述支架释放到所述载瘤血管时，将所述支架及所述微导管沿着所述载瘤血管的中心线进行弯曲。

8.根据权利要求7所述的颅内动脉瘤治疗的模拟装置，其特征在于：

所述弹簧圈放置模拟模块在模拟计算将所述弹簧圈包装到所述仿真导管时，对弹簧圈设定一个与所述弹簧圈等长的位移边界，并且模拟将所述弹簧圈的末端与所述仿真导管的末端固定连接。

9.根据权利要求7所述的颅内动脉瘤治疗的模拟装置，其特征在于：

所述支架放置模拟模块在模拟计算将所述支架及所述微导管沿着所述载瘤血管的中心线进行弯曲时，将所述载瘤血管的中心线模拟成一段圆弧。

10.根据权利要求7至9任一项所述的颅内动脉瘤治疗的模拟装置，其特征在于：

所述弹簧圈放置模拟模块在模拟计算将所述弹簧圈释放到所述动脉瘤时，从一个弹簧圈包装数据库中获取其中一种第一模拟数据将所述弹簧圈包装到所述仿真导管的数据；

其中，所述弹簧圈包装数据库包括有二种以上的弹簧圈包装到仿真导管的所述第一模拟数据。