CN109285218B - 模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备 - Google Patents

模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备，所述方法包括：根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量；根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动。本公开实施例用于更精确的模拟血液的流动。

Description

模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备
技术领域
本公开涉及医学技术领域，具体地，涉及一种模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备。
背景技术
目前，相关技术可以基于医学CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)图像和MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)造影，重建冠脉的三维血管形状，并且，还可以进一步基于计算流体力学技术，对血管内的血流动力学状态进行无创评估。
但是，目前基于计算流体力学的无创诊断技术，在对血液流动进行模拟时，是将血液认为成一种跟水类似的单相流体，而实际的血液则包含了大量的红细胞，白细胞以及血小板，这些“颗粒”物质在流体力学的计算中没有考虑，导致对血液流动的模拟不够精确。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种模拟血液流动的方法，装置，存储介质及电子设备。
为了实现上述目的，本公开实施例第一方面提供一种模拟血液流动的方法，所述方法包括：
根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量；
根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动。
可选地，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度，所述根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量，包括：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure GDA0002678762430000021
Figure GDA0002678762430000022
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
可选地，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动，包括：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure GDA0002678762430000023
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
可选地，所述目标颗粒包括红细胞，白细胞以及血小板中的一者或多者。
可选地，所述方法还包括：
获取冠脉的血管造影图像；
根据所述血管造影图像进行血管的三维重建，得到所述冠脉的三维血管模型；
所述根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动，包括：
根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息，在所述三维血管模型上模拟血液的流动。
本公开实施例第二方面提供一种模拟血液流动的装置，所述装置包括：
确定模块，用于根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量；
模拟模块，用于根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动。
可选地，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度，所述确定模块具体用于：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure GDA0002678762430000031
Figure GDA0002678762430000032
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
可选地，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述模拟模块具体用于：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure GDA0002678762430000033
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
可选地，所述目标颗粒包括红细胞，白细胞以及血小板中的一者或多者。
可选地，所述装置还包括：
获取模块，用于获取冠脉的血管造影图像；
三维重建模块，用于根据所述血管造影图像进行血管的三维重建，得到所述冠脉的三维血管模型；
所述模拟模块具体用于，根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息，在所述三维血管模型上模拟血液的流动。
本公开实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述方法的步骤。
本公开实施例第四方面提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现第一方面所述方法的步骤。
采用上述技术方案，至少能够达到如下技术效果：
在模拟血液流动时，考虑到了血液中颗粒物质对血液流动的影响，例如，红细胞，白细胞以及血小板之间无序的运动对血流流动的影响，相比现有技术中将血液作为单纯液体并基于单一或假设的流体粘度进行的模拟，本公开实施例对血液流动的模拟更接近血液流动的实际情况，因此，模拟的准确度更高。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开实施例提供的一种模拟血液流动的方法的流程示意图；
图2是本公开实施例提供的血细胞与血浆之间的相互作用力的示意图；
图3是本公开实施例提供的一种模拟血液流动的装置的结构示意图；
图4是本公开实施例提供的另一种模拟血液流动的装置的结构示意图；
图5是本公开实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开实施例提供一种模拟血液流动的方法，如图1所示，包括：
S11、根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量。
示例地，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度，所述根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量，包括：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure GDA0002678762430000051
Figure GDA0002678762430000052
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
S12、根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动。
示例地，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动，包括：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure GDA0002678762430000061
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
本领域技术人员应该知悉，上述公式是基于血浆运动和目标颗粒运动的相互迭代计算，通过S项实现两者之间的动量交换，能够更加全面科学的反应血液的流动状态。
采用上述方法，在模拟血液流动时，考虑到了血液中颗粒物质对血液流动的影响，例如，红细胞，白细胞以及血小板之间无序的运动对血流流动的影响，相比现有技术中将血液作为单纯液体并基于单一或假设的流体粘度进行的模拟，本公开实施例对血液流动的模拟更接近血液流动的实际情况，因此，模拟的准确度更高。
可选地，所述目标颗粒包括红细胞，白细胞以及血小板中的一者或多者。在具体实施时，可以根据实际需求，针对血液中某种具体的颗粒，模拟计算其运动状态。
以血细胞为例，图2示出了采用本公开实施例提供的技术方案在模拟白细胞的流动时，考虑的因素，包括血细胞和血浆之间的相互作用力对各自流动速度的影响，相比现有技术将血液作为单相流体，本公开实施例能够更加准确的模拟计算出血细胞的运动状态。
本公开实施例在具体实施时，还可以获取冠脉的血管造影图像，并根据所述血管造影图像进行血管的三维重建，得到所述冠脉的三维血管模型，这样，在得到三维血管模型后，即可以根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息，在所述三维血管模型上模拟血液的流动，以更直观的展示给用户。
值得说明的是，血管造影是一种介入检测方法，将显影剂注入血管里，由于X光无法穿透显影剂，因此显影剂在X光下能呈现出血管的影像。示例地，利用CT血管造影(CTA，CTangiography)技术，将CT增强技术与薄层、大范围、快速扫描技术相结合，通过合理的后处理，可以清晰显示血管细节，具有无创和操作简便的特点。
基于相同的发明构思，本公开实施例还提供一种模拟血液流动的装置，用于实施上述方法实施例提供的一种模拟血液流动的方法的步骤，如图3所示，所述装置30包括：
确定模块31，用于根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量；
模拟模块32，用于根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动。
可选地，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度，所述确定模块31具体用于：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure GDA0002678762430000071
Figure GDA0002678762430000072
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
可选地，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述模拟模块32具体用于：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure GDA0002678762430000081
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
可选地，所述目标颗粒包括红细胞，白细胞以及血小板中的一者或多者。
可选地，如图4所示，所述装置30还包括：
获取模块33，用于获取冠脉的血管造影图像；
三维重建模块34，用于根据所述血管造影图像进行血管的三维重建，得到所述冠脉的三维血管模型；
所述模拟模块32具体用于，根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息，在所述三维血管模型上模拟血液的流动。
采用上述装置，该装置在模拟血液流动时，考虑到了血液中颗粒物质对血液流动的影响，例如，红细胞，白细胞以及血小板之间无序的运动对血流流动的影响，相比现有技术中将血液作为单纯液体并基于单一或假设的流体粘度进行的模拟，本公开实施例对血液流动的模拟更接近血液流动的实际情况，因此，模拟的准确度更高。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本公开实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述模拟血液流动的方法的步骤。
本公开实施例还提供一种电子设备，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现上述模拟血液流动的方法的步骤
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备50的框图。如图5所示，该电子设备50可以包括：处理器501，存储器502。该电子设备50还可以包括多媒体组件503，输入/输出(I/O)接口504，以及通信组件505中的一者或多者。
其中，处理器501用于控制该电子设备50的整体操作，以完成上述模拟血液流动的方法中的全部或部分步骤。存储器502用于存储各种类型的数据以支持在该电子设备50的操作，这些数据例如可以包括用于在该电子设备50上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器502可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。多媒体组件503可以包括屏幕和音频组件。其中屏幕例如可以是触摸屏，音频组件用于输出和/或输入音频信号。例如，音频组件可以包括一个麦克风，麦克风用于接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器502或通过通信组件505发送。音频组件还包括至少一个扬声器，用于输出音频信号。I/O接口504为处理器501和其他接口模块之间提供接口，上述其他接口模块可以是键盘，鼠标，按钮等。这些按钮可以是虚拟按钮或者实体按钮。通信组件505用于该电子设备50与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(Near Field Communication，简称NFC)，2G、3G或4G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件505可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
在一示例性实施例中，电子设备50可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述模拟血液流动的方法。
另外，本公开实施例提供的计算机可读存储介质即可以为上述包括程序指令的存储器502，上述程序指令可由电子设备50的处理器501执行以完成上述模拟血液流动的方法。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

Claims (8)

1.一种模拟血液流动的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度；
根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动；
所述根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量，包括：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure FDA0002663236380000011
Figure FDA0002663236380000012
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动，包括：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure FDA0002663236380000013
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目标颗粒包括红细胞，白细胞以及血小板中的一者或多者。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取冠脉的血管造影图像；
根据所述血管造影图像进行血管的三维重建，得到所述冠脉的三维血管模型；
所述根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动，包括：
根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息，在所述三维血管模型上模拟血液的流动。
5.一种模拟血液流动的装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块，用于根据血液中目标颗粒的属性信息，确定所述目标颗粒和血浆之间的动量传递参量，所述属性信息包括所述目标颗粒的体积分数，运动速度以及表观密度；
模拟模块，用于根据所述动量传递参量，以及所述血浆的属性信息模拟所述血液的流动；
所述确定模块具体用于：
通过如下公式确定所述动量传递参量：
Figure FDA0002663236380000021
Figure FDA0002663236380000022
其中，θf表示所述目标颗粒的体积分数，uf表示所述目标颗粒的运动速度，ρf表示所述目标颗粒的表观密度，g是重力加速度，S表示所述动量传递参量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述血浆的属性信息包括血浆速度，血浆密度，血浆压力，所述模拟模块具体用于：
通过如下公式模拟所述血液的流动：
Figure FDA0002663236380000031
其中，u表示所述血浆的流动速度，ρ表示所述血浆的密度，P表示所述血浆的压力。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，其上存储有计算机程序；
处理器，用于执行所述存储器中的所述计算机程序，以实现权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。
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