CN109770867A - 冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置 - Google Patents
冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置。所述方法包括：获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值；基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。本申请解决了相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及数据应用技术领域，具体而言，涉及一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置。
背景技术
人体各组织器官要维持其正常的生命活动，需要心脏不停地搏动以保证血运。而心脏作为一个泵血的肌性动力器官，本身也需要足够的营养和能源，供给心脏营养的血管系统，就是冠状动脉和静脉，也称冠脉循环。冠状动脉内部和周身其他血管对人体极为重要，现阶段对于捕捉冠状动脉内部和周身其他血管内部在每个心脏周期内的瞬时流动特性的相关研究有重要的意义，而上述研究需要获取冠状动脉内部和周身其他血管出口压力的瞬态周期解。
为计算冠状动脉内部和周身其他血管出口压力的瞬态周期解，相关技术中由于心脏的搏动周期是极为规律的，因此需要仿真模拟一个冠状动脉或者周身血管进行计算，该计算过程中仿真模拟冠状动脉或者周身血管的血液流动需要一个初始压力场和速度场。在相关技术中，初始压力场和速度场通常是采用零压力和零速度，然而，由于这样的初始场离真实的压力和速度较远，因此造成该计算求解过程计算量较大，且该计算求解过程的过渡期(Transient period) 较长。
针对相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的问题，相关技术中并未公开任何技术方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法和装置，以解决相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的问题。
为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，该方法包括：
获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；
对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值；
基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；
根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，包括：
获取用户的每个瞬态血流量；
对应每个瞬态血流量，计算出瞬态血流量对应的检测截面的瞬态出口压力值；
基于瞬态纳维斯托克斯方程对稳态出口压力值和每个瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，获取用户的虚拟三维血管，包括：
读取用户冠状动脉及周身血管的血管数据；
对血管数据进行三维网格构建，得到用户的虚拟三维血管。
可选地，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值，包括：
基于用户的血管数据确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值。
可选地，基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，包括：
基于稳态纳维斯托克斯方程对用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值。
第二方面，本申请实施例还提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，该装置包括：
获取模块，用于获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；
确定模块，用于对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值；
收敛运算模块，用于基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；
瞬态求解模块，用于根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，瞬态求解模块，用于：
获取用户的每个瞬态血流量；
对应每个瞬态血流量，计算出瞬态血流量对应的检测截面的瞬态出口压力值；
基于瞬态纳维斯托克斯方程对稳态出口压力值和每个瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，获取模块，用于：
读取用户冠状动脉及周身血管的血管数据；
对血管数据进行三维网格构建，得到用户的虚拟三维血管。
可选地，确定模块，用于：
基于用户的血管数据确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值。
可选地，收敛运算模块，用于：
基于稳态纳维斯托克斯方程对用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，通过获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值；基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。通过上述方法，在对虚拟三维血管出口压力瞬态求解过程中，采用经过收敛运算的稳态出口压力值作为瞬态求解的初始压力场，这样，减少了瞬态求解过程中多个瞬态周期计算，进而缩短了瞬态求解过程中的过渡期，可以尽快地计算出虚拟三维血管出口压力的瞬态周期解，进而解决了相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种虚拟三维血管的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种步骤S140的流程示意图；
图4是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本申请实施例提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，图1是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下的步骤S110和步骤S140：
S110，获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面。
其中，获取用户的虚拟三维血管过程可以是，经过其他设备传输将用户的虚拟三维血管发送至本端的过程(例如，由云端服务器发送至本端的用户的虚拟三维血管)，也可以是，在本地存储器中，直接读取的用户的虚拟三维血管，还可以是，可选地，步骤S110获取用户的虚拟三维血管，包括：读取用户冠状动脉及周身血管的血管数据；对血管数据进行三维网格构建，得到用户的虚拟三维血管。具体地，在本地存储器中读取用户冠状动脉及周身血管的DICOM 文件数据(血管数据)，在基于STL(Standard Template Library，标准模板库) DICOM文件进行三维网格，从而构建虚拟三维血管，如图2所示。
需要说明的是，虚拟三维血管可以在关键的检测位置设置一个或者多个检测截面，也可以将虚拟三维血管中每个截面均设置为检测截面。
S120，对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值。
其中，对于一个检测截面，需要确定该检测截面对应的户心跳周期内血流量的平均值，该确定过程可选地，步骤S120包括：基于用户的血管数据确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值，具体地，获取该用户的血管数据，并确定对应该检测截面的血管数据，基于现有技术，对该检测截面的血管数据进行运算，得到该检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值。
S130，基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到虚拟三维血管的稳态出口压力值。
其中，该步骤具体为基于稳态假设的求解得到虚拟三维血管中该检测截面的稳态出口压力值，具体地，将该检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值作为稳态边界条件，稳态边界条件具体为设定人体内的血流量为一个定值，并且该定值为一个心跳周期内血流量的平均值(即该检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值)，将该平均值作为稳态纳维斯托克斯方程中的计算因子，计算出该该检测截面的稳态出口压力值。
S140，根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到该检测截面压力的瞬态周期解。
具体地，基于用户的真实血流量可以得到用户每个心跳周期内瞬态血流量，再将虚拟三维血管中该检测截面的稳态出口压力值应用在瞬态求解中，使得虚拟三维血管中该检测截面的稳态出口压力值作为瞬态求解的初始压力场，从而减少了瞬态求解过程中多个瞬态周期计算，进而缩短了瞬态求解过程中的过渡期，可以尽快地计算出虚拟三维血管中该该检测截面压力的瞬态周期解。
在一个可行的实施方式中，图3是本申请实施例提供的一种步骤S140的流程示意图，如图3所示，步骤S140，根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解，包括如下的步骤S141 至步骤S143：
S141，获取用户的每个瞬态血流量；
S142，对应每个瞬态血流量，计算出瞬态血流量对应的检测截面的瞬态出口压力值；
S143，基于瞬态纳维斯托克斯方程对稳态出口压力值和每个瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到检测截面压力的瞬态周期解。
具体地，基于用户的真实血流量可以获取用户的每个瞬态血流量，进而对于每个瞬态血流量，可以直接计算出该瞬态血流量对应的虚拟三维血管中每个检测截面的瞬态出口压力值，再根据瞬态求解纳维斯托克斯方程进行收敛运算，可以直接得到虚拟三维血管中每个检测截面出口压力的瞬态周期解，其中，根据瞬态求解纳维斯托克斯方程进行收敛运算，具体为：
公式中，变量u代表血流速度，t为时间，ν为血液粘度系数。
在一个可行的实施方式中，步骤S130，基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，具体为：
基于稳态纳维斯托克斯方程对用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值。
具体地，通过稳态纳维斯托克斯方程对用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，从而快速地得出虚拟三维血管中每个检测截面的稳态出口压力值，该稳态纳维斯托克斯方程的收敛运算具体为：
公式中，变量u代表血流速度，ν为血液粘度系数。
其中，通过上述稳态纳维斯托克斯方程的收敛运算过程可以获得每个检测截面的稳态出口压力值。
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，通过步骤 S110获取用户的虚拟三维血管，以及确定用户心跳周期内血流量的平均值；基于平均值对虚拟三维血管的出口压力进行收敛运算，得到虚拟三维血管的稳态出口压力值；根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到虚拟三维血管出口压力的瞬态周期解。通过上述方法，在对虚拟三维血管出口压力瞬态求解过程中，采用经过收敛运算的稳态出口压力值作为瞬态求解的初始压力场，这样，减少了瞬态求解过程中多个瞬态周期计算，进而缩短了瞬态求解过程中的过渡期，可以尽快地计算出虚拟三维血管出口压力的瞬态周期解，进而解决了相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的技术问题。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，图4是本申请实施例提供的一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置的结构示意图，如图 4所示，该装置包括：
获取模块10，用于获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；
确定模块20，用于对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值
收敛运算模块30，用于基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；
瞬态求解模块40，用于根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，瞬态求解模块40，用于：
获取用户的每个瞬态血流量；
对应每个瞬态血流量，计算出瞬态血流量对应的检测截面的瞬态出口压力值；
基于瞬态纳维斯托克斯方程对稳态出口压力值和每个瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到检测截面压力的瞬态周期解。
可选地，获取模块40，用于：
读取用户冠状动脉及周身血管的血管数据；
对血管数据进行三维网格构建，得到用户的虚拟三维血管。
可选地，确定模块20，用于：
基于用户的血管数据确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值。
可选地，收敛运算模块30，用于：
基于稳态纳维斯托克斯方程对用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值。
在本申请实施例中提供的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，通过获取模块10，用于获取用户的虚拟三维血管，其中，虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；确定模块20，用于对于每个检测截面，确定检测截面的用户心跳周期内血流量的平均值；收敛运算模块30，用于基于平均值对检测截面的出口压力进行收敛运算，得到检测截面的稳态出口压力值；瞬态求解模块40，用于根据稳态出口压力值对用户的真实血流量进行瞬态求解，得到检测截面压力的瞬态周期解。这样，在对虚拟三维血管出口压力瞬态求解过程中，采用经过收敛运算的稳态出口压力值作为瞬态求解的初始压力场，这样，减少了瞬态求解过程中多个瞬态周期计算，进而缩短了瞬态求解过程中的过渡期，可以尽快地计算出虚拟三维血管出口压力的瞬态周期解，进而解决了相关技术中计算仿真冠状动脉内部和周身其他血管出口压力过程中，计算量较大且计算时间较长的技术问题。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机代码，当计算机代码被执行时，上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，当该计算机程序产品被计算机设备执行时，上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
本发明不只可用于冠状动脉的血动力瞬态求解加速，同样可以用于颅内动脉及周身血管的瞬态仿真加速过程。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
本申请所涉及的计算机程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体装置、虚拟装置、优盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读计算机存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取计算机存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及其他软件分发介质等。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，该方法应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，其特征在于，该方法包括：
获取用户的虚拟三维血管，其中，所述虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；
对于每个所述检测截面，确定所述检测截面的所述用户心跳周期内血流量的平均值；
基于所述平均值对所述检测截面的出口压力进行收敛运算，得到所述检测截面的稳态出口压力值；
根据所述稳态出口压力值对所述用户的真实血流量进行瞬态求解，得到所述检测截面压力的瞬态周期解。
2.根据权利要求1所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述根据所述稳态出口压力值对所述用户的真实血流量进行瞬态求解，包括：
获取所述用户的每个瞬态血流量；
对应每个所述瞬态血流量，计算出所述瞬态血流量对应的所述检测截面的瞬态出口压力值；
基于瞬态纳维斯托克斯方程对所述稳态出口压力值和每个所述瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到所述检测截面压力的瞬态周期解。
3.根据权利要求1所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述获取用户的虚拟三维血管，包括：
读取所述用户冠状动脉及周身血管的血管数据；
对所述血管数据进行三维网格构建，得到所述用户的虚拟三维血管。
4.根据权利要求1所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述确定所述检测截面的所述用户心跳周期内血流量的平均值，包括：
基于所述用户的血管数据确定所述检测截面的所述用户心跳周期内血流量的平均值。
5.根据权利要求4所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法，其特征在于，所述基于所述平均值对所述检测截面的出口压力进行收敛运算，包括：
基于稳态纳维斯托克斯方程对所述用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到所述检测截面的稳态出口压力值。
6.一种冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，该装置应用于冠状动脉及周身血管血流动力仿真，其特征在于，该装置包括：
获取模块，用于获取用户的虚拟三维血管，其中，所述虚拟三维血管内包括至少一个检测截面；
确定模块，用于对于每个所述检测截面，确定所述检测截面的所述用户心跳周期内血流量的平均值；
收敛运算模块，用于基于所述平均值对所述检测截面的出口压力进行收敛运算，得到所述检测截面的稳态出口压力值；
瞬态求解模块，用于根据所述稳态出口压力值对所述用户的真实血流量进行瞬态求解，得到所述检测截面压力的瞬态周期解。
7.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述瞬态求解模块，用于：
获取所述用户的每个瞬态血流量；
对应每个所述瞬态血流量，计算出所述瞬态血流量对应的所述检测截面的瞬态出口压力值；
基于瞬态纳维斯托克斯方程对所述稳态出口压力值和每个所述瞬态血流量对应的瞬态出口压力值进行运算，得到所述检测截面压力的瞬态周期解。
8.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述获取模块，用于：
读取所述用户冠状动脉及周身血管的血管数据；
对所述血管数据进行三维网格构建，得到所述用户的虚拟三维血管。
9.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述确定模块，用于：
基于所述用户的血管数据确定所述检测截面的所述用户心跳周期内血流量的平均值。
10.根据权利要求6所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理装置，其特征在于，所述收敛运算模块，用于：
基于稳态纳维斯托克斯方程对所述用户心跳周期内血流量的平均值进行收敛运算，得到所述检测截面的稳态出口压力值。
11.一种计算机设备，该计算机设备包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个计算机程序；
当一个或多个所述计算机程序被一个或多个所述处理器执行时，使得一个或多个所述处理器实现如权利要求1-5任一项所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法。
12.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机代码，当所述计算机代码被执行时，如权利要求1-5任一项所述的冠状动脉血流动力仿真数据处理方法被执行。
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| WO2022188870A1 (zh) * | 2021-03-12 | 2022-09-15 | 北京阅影科技有限公司 | 获取冠状动脉功能学指标的方法与装置 |
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| CN109770867B (zh) | 2020-07-17 |
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