SimForge HSF™案例分享｜复杂仿真应用定制——BVFSim血管血液流动定制APP

一、背景及问题

  血管血液流动问题是医学领域非常重要的一个研究分支，对血液在血管系统中的流动行为进行研究可以增进对生理学基本原理的理解，有助于 对血管疾病发展机制进一步的认识 ，并优化治疗方案或者完善相关的医疗器械 。血液在血管里的流动本质上可以认为是一种非牛顿流体的流动，因此基于CFD仿真计算方法对血管血液流动问题进行分析，是目前非常热门的一个研究方向。

  基于仿真计算方法对血管血液流动问题进行准确的分析，需要研究人员具备流体力学、数值离散、代数求解等学科知识，同时要能够熟练使用网格划分软件、仿真求解软件和仿真后处理软件进行仿真全流程作业，而目前市面上大部分仿真软件都是通用仿真分析软件，覆盖场景较多，因而参数设置、模型选择等非常繁杂，新手学习周期长，难度大。因此，不管是从理论分析和软件实操方面，对医学领域的研究人员来说，仿真计算的应用门槛都是非常高的。

二、方案     

  为降低医院研究人员使用仿真方法进行医学研究的门槛，针对血管血液流动问题我们 开发定制化仿真APP（BVFSim） 。该APP主要基于“神工坊“前后处理集成框架进行快速定制开发 。

  APP的仿真求解模块，采用通用开源仿真软件OpenFOAM中非牛顿流体求解器nonNewto nianIcoFoam，开发过程中，查阅了大量的文献，并进行了众多案例测测试验证，最终针对血管血液流动仿真场景，选择合适的湍流模型、非牛顿流体模型、数值离散格式、代数求解器等偏理论和数学层面的设置，将这些专家经验集成至APP的后台，用户侧只保留血管模型、血液流速、血液粘性系数等和仿真对象密切相关的属性参数。基于定制APP进行血管血液流动仿真，能够 极大降低医学人员仿真应用的门槛 ，使其精力更聚焦于医学领域的研究。该APP目前已集成至SimForge™高性能仿真平台，具体使用如下介绍。

三、APP使用介绍

1、登录

  注册并登录神工坊平台，选择图形应用：

 图1 SimForge™平台用户桌面

2、启动

  双击桌面BVFSim图标，进入软件使用界面，切换至BVFSim模块 ：

图2 启动APP

3、前处理

  创建工程，导入血管几何模型，定义网格划分区域，进行网格划分，系统自动根据几何模型的尺寸，设置合适网格划分参数，生成满足仿真精度要求的网格，降低前处理难度。

图3 网格划分

4、仿真求解

  计算提交，设置仿真相关参数，可以和看出用户只需要设置和血液流动及血液属性相关的参数，即可进行仿真计算，优秀的降低医学人员的使用门槛。 

图4 仿真计算

5、后处理

  计算完成后，切入后处理界面，进行仿真计算结果的分析：

图5 后处理

四、总结    

  医学工作者根据后处理结果，分析血流在血管内的速度分布和流量分布，了解血液在不同部位的流动情况，也可以分析血管内的压力分布，了解血液在不同部位的压力变化，深入 理解血管流动机理 ， 识别异常情况 ，并 为进一步的研究和临床应用提供依据 。定制化仿真APP能够通过专家经验集成，让行业人员低门槛的使用仿真工具，让专业人员精力更聚焦专业相关的研究。