关于计算机仿真相关本科毕业论文范文 和计算机仿真技术和主动脉夹层病例方面本科毕业论文范文

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计算机仿真技术和主动脉夹层病例

一、前言

伴随着全球经济的繁荣发展,人类总体生活水平得到了质的飞跃.衣食住行相比较50 年前截然不同:充足丰富的水果蔬菜,便利的交通,鳞次栉比的高楼大厦,无一不是进步的体现.然而随着人类生活水平提升,各类心脑血管疾病逐渐显现出狰狞蔓延的局面:据世界卫生组织的报告,心血管疾病是全球的头号死因:每年死于心血管疾病的人数多于任何其它死因.估计在2012 年有1750 万人死于心血管疾病,占全球死亡总数的31%.这些死者中,估计740 万人死于冠心病,670 万人死于中风.

非传染性疾病导致的1600 万七十岁以下死亡中,有82% 发生在低收入和中等收入国家,37% 由心血管疾病造成.由此可以推断出如今不容小觑且极为严峻的心血管疾病问题.现代医学在应对这些棘手的病例时,逐渐将应用计算机仿真技术与手术结合,精确进行病理分析,减小病人死亡风险.由此可见计算机仿真技术的应用重要性.在北京理工大学生物科学实验室的仿真应用学习则充分展示计算机仿真技术的实用性与精确性.

实验样品为主动脉夹层病变, 通过应用Mimics,Geomagic studio,ICEM CFD/ CFD-GEOM,CFD-ACE 以及CFD-VIEW 软件,一个较为精确且具有仿真试验数据计算的可视化基本模型就能够为临床医生提供全方位评判患者病情的机会.

二、病例背景介绍

主动脉瘤较为罕见,约每100000 人会有6-10 人罹患此症.在患者当中,约20% 的病因为家族遗传.基因缺陷,吸烟以及高血压均能导致人在年龄增大过程中收到此病症的困扰[1].经过计算,主动脉瘤的患病率仅为0.006% ~0.01%颈动脉瘤很少发生破裂,但血栓却能导致危险的发生.

如果患者颈动脉血栓被血流冲走,那么较大的血栓就会造成脑部细小血管的阻塞,从而导致脑部供血不足,发生危险[2].尽管如今微创手术在治疗血管类疾病的地位日益重要,但专家仍然相信开放式手术治疗该类疾病仍然是最佳选择[3].

心血管疾病虽然大部分归因为家族病史,但是诸多不良生活习惯也会导致罹患此类疾病,况且该疾病的死亡率极高.“动脉瘤破裂患者死亡率高达97%;耶鲁胸主动脉疾病研究中心对超过600 个病例的研究发现,大于6cm 的胸主动脉瘤的破裂风险比小于4cm 者大27 倍.超过6cm 的胸主动脉瘤称为巨大胸主动脉瘤.巨大胸主动脉瘤如果不加治疗,两年病死率超过7 成[4].”

三、实验过程

1. 综述

实验主要分为四大板块:建模、打磨、绘制网格、数据编辑分析.建模时使用Mimics:通过在患者CT 片上标记血管横截面,逐层进行制作,最后点击按键塑造模型即可.

模型制作完毕之后,则需要进行打磨,去除多余标记的部位,使模型更光滑,从而达到仿真的目标.打磨一步需要使用软件Geomagic studio.在打磨过程中要将模型设定为中空且各个进出口皆打通,为之后的数据分析做基本准备.

ICEM CFD/ CFD-GEOM 软件用于绘制网格及数据输入,将血流出入口,血管壁等部位确定,为之后数据精确计算达成先决条件.

完成之后,最后使用CFD-ACE 以及CFD-VIEW 软件进行可视化模型数据分析,其中可以分析压强,血流流速,血液流线以及其他因素,得出结论.

2. 工具

Mimics,Geomagic studio,ICEM CFD/ CFD-GEOM,CFD-ACE 以及CFD-VIEW 软件(windows 系统)

3. 绘制网格部分步骤详细介绍

绘制网格步骤:

(1)导入模型并选择“faceted”选项.

Press “import model” — choose “faceted”

(2)右键”part”— choose“ good color” 调整颜色便于观察.

(3)分离

1)选择光标—点击线条( 分离不同面的线条)

Press “extract curves from surfaces”

2)光标— 选择需要的面( 左键选择,中键确定)— press“apply” and “OK“

Press “segment curve” — choose method “segment byconnectivity”

3)光标—选择需要的面—press “apply” and OK”Press “segment curve” —choose method “segment byangle

4) 成面 press “surface” —choose “simple surface” —右键part—press “create new part” —type names in the slog“Part”—光标—选择面(左键选择,中键确定)—choose“ apply”and “OK”

(4)绘制网格计算 点击“mesh”键

1)第一个图标 “global mesh setup”

Scale factor—type in 1.5 & max element 3.0

2)第二个图标:”part mesh setup”

Choose “pri” for the “E-CEA01_GREEN_3_003”

输入以下数据:Data List

—Press “apply” and “OK”3)选择最后一个图标(compute),进行计算.

Choose “create pri layers” —choose “compute”(5)保存.勾选以下选项:

“Unstructured” —“doubled” —renaming the file—choose “OK“

四、三维图像分析

1. 压强分析.根据三维模型的数据分析得出,该患者动脉瘤处压强较大,约为1700 ~ 1800 N/m^2.根据物理学压强原理,压强较大的部位会承受较大的压力,故而极易导致血管壁破裂,患者发生危险.

2. 流线图分析.流线图清晰反映出肿瘤区域血液极易形成涡状行动轨迹.血栓的形成一般有两种机理:血流变慢和血流产生漩涡.根据流线图可以得出结论:在动脉瘤处血流有较高概率形成血栓,导致血管堵塞,为血液流通形成障碍,进而使患者主动脉瘤瘤区压强升高,最终形成恶性循环,使病人供血不足,发生危险.

3. 流速分析.模型通过计算得出:该患者的血液以1m/s 的速率进入血管,在肿瘤生长区域内流速偏小,约为0.2~0.8 m/s.速度数值的减小同样佐证了该患者动脉瘤处易形成血栓并发生危险.

五、结论

该患者动脉瘤处易形成血栓,建议进行手术,避免随时间推移,死亡风险提升.

六、总结与评价

总体而言,计算机仿真技术能够为微创手术创造可视化模型,便于医生直观分析病情并进行较为详细的手术计划,减小手术时对患者真实病情产生误判,导致手术失败.而且仿真技术极大辅助了创伤面极小的微创手术,能够有效降低死亡率,并且为部分患有其他疾病或者年龄较大不适宜进行开放手术的患者提供手术的机会.在精确度要求极高的器官(例如眼部)手术过程中,计算机仿真的可视化模型甚至可以通过精确计算,进行各个手术步骤精确量化,使手术效果达到最佳水平.

计算机仿真技术目前仅能绘制出一部分身体可视化模型,而仅仅单纯的分析一部分发病区域并不能进行全面考虑及分析.身体其他部分(器官)有可能在手术切除/处理动脉瘤时出现供血不足或者在术后产生不可预见的恶性发展,从而导致最后的手术效果大打折扣.除此之外,计算机仿真技术的模型无法考虑到手术真实操作情况下的不同情况,故而医生极易产生手术过程中需要处理突发情况;此时极易发生危险,病人死亡率大大提升.

综上所述,可视化计算机仿真技术模型目前仍无法达到替代医生的目标,但正在逐渐成为临床医生不可或缺的一种新技术.H

计算机仿真论文范文结:

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