一、背景及問題

  血管血液流動問題是醫學領域非常重要的一個研究分支，對血液在血管系統中的流動行為進行研究可以增進對生理學基本原理的理解，有助于 對血管疾病發展機制進一步的認識 ，并優化治療方案或者完善相關的醫療器械 。血液在血管里的流動本質上可以認為是一種非牛頓流體的流動，因此基于CFD仿真計算方法對血管血液流動問題進行分析，是目前非常熱門的一個研究方向。

  基于仿真計算方法對血管血液流動問題進行準確的分析，需要研究人員具備流體力學、數值離散、代數求解等學科知識，同時要能夠熟練使用網格劃分軟件、仿真求解軟件和仿真后處理軟件進行仿真全流程作業，而目前市面上大部分仿真軟件都是通用仿真分析軟件，覆蓋場景較多，因而參數設置、模型選擇等非常繁雜，新手學習周期長，難度大。因此，不管是從理論分析和軟件實操方面，對醫學領域的研究人員來說，仿真計算的應用門檻都是非常高的。

二、方案     

  為降低醫院研究人員使用仿真方法進行醫學研究的門檻，針對血管血液流動問題我們 開發定制化仿真APP（BVFSim） 。該APP主要基于“神工坊“前后處理集成框架進行快速定制開發 。

  APP的仿真求解模塊，采用通用開源仿真軟件OpenFOAM中非牛頓流體求解器nonNewto nianIcoFoam，開發過程中，查閱了大量的文獻，并進行了眾多案例測測試驗證，最終針對血管血液流動仿真場景，選擇合適的湍流模型、非牛頓流體模型、數值離散格式、代數求解器等偏理論和數學層面的設置，將這些專家經驗集成至APP的后臺，用戶側只保留血管模型、血液流速、血液粘性系數等和仿真對象密切相關的屬性參數。基于定制APP進行血管血液流動仿真，能夠 極大降低醫學人員仿真應用的門檻 ，使其精力更聚焦于醫學領域的研究。該APP目前已集成至SimForge?高性能仿真平臺，具體使用如下介紹。

三、APP使用介紹

1、登錄

  注冊并登錄神工坊平臺，選擇圖形應用：

 圖1 SimForge?平臺用戶桌面

2、啟動

  雙擊桌面BVFSim圖標，進入軟件使用界面，切換至BVFSim模塊 ：

圖2 啟動APP

3、前處理

  創建工程，導入血管幾何模型，定義網格劃分區域，進行網格劃分，系統自動根據幾何模型的尺寸，設置合適網格劃分參數，生成滿足仿真精度要求的網格，降低前處理難度。

圖3 網格劃分

4、仿真求解

  計算提交，設置仿真相關參數，可以和看出用戶只需要設置和血液流動及血液屬性相關的參數，即可進行仿真計算，優秀的降低醫學人員的使用門檻。 

圖4 仿真計算

5、后處理

  計算完成后，切入后處理界面，進行仿真計算結果的分析：

圖5 后處理

四、總結    

  醫學工作者根據后處理結果，分析血流在血管內的速度分布和流量分布，了解血液在不同部位的流動情況，也可以分析血管內的壓力分布，了解血液在不同部位的壓力變化，深入 理解血管流動機理 ， 識別異常情況 ，并 為進一步的研究和臨床應用提供依據 。定制化仿真APP能夠通過專家經驗集成，讓行業人員低門檻的使用仿真工具，讓專業人員精力更聚焦專業相關的研究。