近年來,隨著高性能計算機和數(shù)值計算方法的不斷發(fā)展,數(shù)值模擬的應用也越來越廣泛,已經(jīng)成為科學研究中除理論推理和實驗研究之外的第三種方法。通過數(shù)值模擬,我們可以對一些成本較高并且難以重復的物理實驗進行仿真研究,而且可以更好更快的解決許多科學和工程問題,比如數(shù)值風洞實驗,全球大氣污染擴散問題等。數(shù)值模擬還廣泛的應用于生物醫(yī)學領域,其已經(jīng)成為人體血流動力學研究的重要手段。人體血流動力學數(shù)值模擬起步于上個世紀八十年代,經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)有了大量的研究成果,但是仍然存在著一些不足,比如現(xiàn)有的研究中所采用的血管模型真實度還不夠高,與真實的人體血管還存在一定的差距;現(xiàn)有研究大多借助于通用的流體力學軟件,使得優(yōu)良的算法得不到應用,當模擬的問題的規(guī)模較大時計算時間過長�？偠灾�,需要展開進一步的研究。本碩士論文基于真實的醫(yī)學影像數(shù)據(jù),建立人體腦血管的三維形態(tài)學模型及相應的計算網(wǎng)格,構造一套能夠快速求解大規(guī)模血流動力學方程的并行算法和相應的軟件包,然后對北京天壇醫(yī)院提供的一例真實病例(包括術前和術后)數(shù)據(jù)進行了血流動力學瞬態(tài)模擬,用來驗證我們研發(fā)的系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。模擬結果顯示,計算獲得的物理參數(shù),包括壓力、速度和WSS等與臨床觀察結果基本一致,因而從一定程度上驗證了系統(tǒng)的正確性。此外,我們還對心血管血流動力學數(shù)值模擬進行了嘗試,盡管模擬的結果和真實數(shù)據(jù)還有一定的差距,但足以說明數(shù)值模擬可以作為心臟動脈血流動力學研究的一個選項。算法的并行性能測試結果顯示,當模型的網(wǎng)格單元數(shù)量為62.12?10,CPU核數(shù)擴展至128時,系統(tǒng)仍具有高達72.43%的并行效率,因而表明該系統(tǒng)具有利用更多處理器更加快速地求解更大規(guī)模問題的潛能(由于受計算機資源的限制,我們目前只測試了128個CPU核)。
【學位單位】：江西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：R318;TP38
【部分圖文】：

進而得到包括大腦前循環(huán)、大腦中動脈、基底動脈和椎動脈等構成的腦血管主體部分的三維模型（如圖3.1 所示）。然后再對模型進行初步光滑處理，最后另存為 STL 格式，為下一步的處理做準備。圖 3.1 原始影像和經(jīng) Mimics 處理得到的初步模型3.1.2 模型的優(yōu)化處理將從 Mimics 得到的腦血管模型 STL 格式文件導入 Geomagic2012，對模型做進一步的優(yōu)化，主要包括：根據(jù)我們數(shù)值實驗所需，保留我們需要的主干部分，去掉遠端的細枝，把粘在一起的血管進行分離，將粗糙的表面進行平滑，最后將出口和入口進行平整，盡量使出入口的橫截面垂直于血管壁。最后得到質量較優(yōu)的三維血管模型，存為 STL 格式。處理后的血管幾何模型如圖 3.2 所示。

圖 3.2 Geomagic 得到的最終模型與局部效果3.1.3 網(wǎng)格劃分將經(jīng) Geomagic 處理得到的血管模型的 STL 文件導入有限元分析軟NSYS-ICEM 中用非結構四面體網(wǎng)格對其進行網(wǎng)格劃分。劃分的過程中主要作包括：定義出口、入口、血管壁和血液流動區(qū)域，然后再進行網(wǎng)格劃分。

密度盒的加密效果（左為術前、右為術后）
【參考文獻】

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本文編號：2894100