(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211035231.7 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 申请人 中国人民解 放军总医院海南医院 (72)发明人 王笑琨　徐衍睿　班晓娟　王佳敏　 熊乐歌　黄厚斌　朱志鸿　姚超　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 专利代理师 张仲波　付忠林 (51)Int.Cl. G16H 50/50(2018.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模 拟方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种辅助治疗裂孔性视网膜 脱离的硅油填充模拟方法及装置， 该方法包括： 按照弹性固体 建模方法构建患者的眼球壁模型， 并采用基于数量密度的隐式迭代校正压力的方 法保持眼球壁的不可压缩特性； 针对术中在眼内 腔填充硅油的场景， 将硅油作为一种高粘性不可 压缩牛顿流体， 根据流体和弹性固体 之间的耦合 方法， 模拟硅油和眼球壁之间的交互； 对术后房 水进入玻璃体腔内产生的由水、 硅油 和眼球壁组 成的三相耦合环境进行模拟， 模拟水和硅油在不 混溶边界处发生的硅油乳化现象。 本发明的技术 方案按照弹性固体 建模方法构建眼球壁， 可视化 填充环境， 通过基于数量密度的体积不可压缩模 型模拟填充产生的动力学交互， 可以为手术治疗 提供准确的定量分析。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115424730 A 2022.12.02 CN 115424730 A 1.一种辅助治疗裂孔 性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特 征在于， 包括： 按照弹性固体建模方法构建患者眼球壁模型， 模拟眼内硅油填充环境， 并采用基于数 量密度的隐式迭代校正压力的方法 保持弹性固体的不可压缩特性； 基于构建的眼球壁模型， 将所填充的硅油作为一种高粘性不可压缩牛顿流体， 对术中 在眼内腔填充硅油的场景进行模拟， 根据流体和弹性固体之间的耦合方法， 针对术中在眼 内腔填充硅油的场景， 模拟硅油和眼球壁之间的交 互； 基于构建的眼球壁模型， 对术后房水进入玻璃体腔内产生的由水、 硅油以及眼球壁组 成的三相耦合环境进 行模拟， 模拟所述三相耦合环境中的水和硅油在不混溶边界处发生的 硅油乳化现象， 以模拟出填充后的硅油的乳化速度。 2.如权利要求1所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 所述按照 弹性固体建模方法构建患者眼球壁模型， 模拟眼内硅油填充环境， 并采用基于数 量密度的隐式迭代校正压力的方法 保持弹性固体的不可压缩特性， 包括： 获得构建眼球三维模型的眼球参数， 构建眼球模型； 其中， 所述眼球参数包括： 眼内压， 眼球直径， 玻璃体腔上 下径、 水平 径以及前后径； 通过三维点云采样算法对所述眼球模型进行离 散化粒子采样； 遵循人体眼球壁所具有的生物力学特征， 使用对应的杨氏模量和泊松比对眼球壁结构 进行弹性体建模， 构建出眼球壁模型， 模拟眼内硅油填充环境； 计算眼球壁模型在不同受力环境下产生的形变梯度、 应力和应变， 获得眼球壁在弹性 力作用下的可压缩中间状态； 通过压强梯度 产生的压强力来迭代校正数量密度保证眼球壁的不可压缩特性。 3.如权利要求2所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 所述模拟硅油和眼球壁之间的交 互， 包括： 分析硅油在眼内填充后的受力情况， 基于光滑粒子动力学方法和纳维 ‑斯托克斯方程， 计算物理场并完成动力学模拟； 考虑流体和弹性固体间的耦合， 通过用眼内边界粒子对眼球壁表面进行采样， 近似计 算边界粒子对流体粒子的贡献， 模拟流体与固体边界存在的黏附效应； 结合粒子间内聚力和能够使表面积最小化的曲率力， 计算硅油和眼球壁之间存在的表 面张力， 模拟硅油在视网膜上的铺展作用。 4.如权利要求3所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 所述通过用眼内边界粒子对眼球壁表面进行采样， 近似计算边界粒子对流体粒子的贡献， 包括： 用眼内边界粒子对眼球壁表面进行采样， 基于光滑粒子动力学方法， 在采样范围内计 算边界粒子的数量密度和体积， 基于边界粒子的体积获得边界粒子对流体粒子在动力学模 拟中涉及的物理场的贡献。 5.如权利要求3所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 所述结合粒子间内聚力和能够使表面积最小化的曲率力， 计算硅油和眼球壁之 间存在的表 面张力， 包括： 通过平滑颜色场的方法确 认流体与弹性固体之间的表面位置， 测量表面曲率和 垂直于 流体表面的法向量信息；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115424730 A 2引入正比于表面曲率的曲率力抵消表面曲率， 由表面张力系数控制液面收缩程度， 实 现表面积最小化； 采用核函数模拟粒子间的内聚力， 所述内聚力表现为吸引和排斥两种现象， 设定阈值 对粒子间的位移矢量进行划分， 当邻域粒子间的距离大于所述阈值时， 核函数表现为正向 的吸引力， 反 之， 核函数表现为负向的排斥力。 6.如权利要求2所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 模拟所述三相耦合环境中的水和硅油在不混溶边界处发生的硅油乳化现象， 以模拟出填充 后的硅油的乳化速度， 包括： 通过体积分数表示各流体粒子内各流体相的含量， 基于体积分数方案加权计算流体粒 子在模拟过程中涉及的物理量， 从而 描述流体的分布和运动状态； 根据粒子间和粒子 内的物理控制方程， 进行近似不可压缩性质下水和硅油的动力学模 拟， 计算不同相流体粒子之间发生的相交换， 更新每个离散时刻结束后粒子各物理量和体 积分数的数值， 模拟硅油的乳化速度。 7.如权利要求6所述的辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法， 其特征在于， 所述根据粒子间和粒子内的物理控制方程， 进行近似不可压缩性质下水和硅油的动力学模 拟， 计算不同相流体粒子之间发生的相交换， 包括： 计算宏观流体粒子的物 理场， 按照纳维 ‑斯托克斯方程计算流体场在重力， 粘滞力作用 下的可压缩状态， 基于数量密度对压强场进行隐式迭代调整， 使得水和硅油组成的混合流 体具有体积不可压缩性； 基于粒子内质量和动量守恒， 计算粒子内流体相的速度差， 修正交互过程中相间运动 带来的粒子内体积分数变化； 使用拉普拉斯算子的形式修正交互过程中相间扩散带来的粒子 内体积分数变化， 近似 表示水和硅油在不混溶界面处发生的乳化现象， 通过扩散系数模拟硅油的乳化速度。 8.一种辅助治疗裂孔 性视网膜脱离的硅油填充模拟装置， 其特 征在于， 包括： 眼球壁模型构建模块， 用于按照弹性固体建模方法构建患者眼球壁模型， 模拟眼内硅 油填充环境， 并采用基于数量密度的隐式迭代校正压力的方法保持弹性固体的不可压缩特 性； 硅油和眼球壁之间的交互模拟模块， 用于基于所述眼球壁模型构建模块所构建的眼球 壁模型， 将所填充的硅油作为一种高粘性不可压缩牛顿流体， 对术中在眼内腔填充硅油的 场景进行模拟， 根据流体和弹性固体之 间的耦合方法， 针对术中在眼内腔填充硅油的场景， 模拟硅油和眼球壁之间的交 互； 硅油乳化现象模拟模块， 用于基于所述眼球壁模型构建模块所构建的眼球壁模型， 对 术后房水进入玻璃体腔 内产生的由水、 硅油以及眼球壁组成的三相耦合环境进行模拟， 模 拟所述三相耦合环境中的水和硅油在不混溶边界处发生的硅油乳化现象， 以模拟出填充后 的硅油的乳化速度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115424730 A 3