[发明专利]辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法及装置

说明书

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。

技术领域

本发明涉及计算机图形学流体模拟技术领域，特别涉及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。

背景技术

裂孔性视网膜脱离(Rhegmatogenous Retinal Detachment,RRD)即由视网膜裂孔引起的视网膜神经上皮层和色素上皮层之间脱离，是一种常见的原发性眼科疾病。对裂孔性视网膜脱离的一种主要治疗方式是通过玻璃体切割联合硅油眼内填充，以达到视网膜复位的效果。玻璃体是一种具有粘弹性、透明性和渗透性的胶状物，位于晶状体和视网膜之间。硅油因其自身理化性质稳定且生物耐受性好的优势，现已被应用为一种玻璃体替代物，可以在眼内进行安全的填充。然而在玻璃体切割联合硅油眼内填充手术中，由于硅油的填充量难以确定以及硅油乳化现象的存在，会造成一系列的眼内并发症，如：角膜病变、青光眼等。因此，为手术的过程提供定量分析和可视化展示，对辅助解决以上问题有显著效果。

由于眼球的外层结构和玻璃体都属于弹性固体，在计算机模拟中可以按照弹性固体的方法来进行处理。在对弹性固体进行模拟时，为满足物理上的计算需求，需要引入一种测量位移和计算梯度的方法。目前针对此类模拟，在基于粒子的方法中主要包括光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法和移动最小二乘法(MovingLeast Squares method,MLS)。然而在弹性固体需要和流体发生耦合的模拟场景中，由于难以保证弹性固体在产生形变过程中仍然维持不可压缩特性，因此容易导致流体粒子在流固边界处发生穿透。

对于玻璃体内存在的水以及手术中被填充的硅油都具有流体的形态和特点，在物理中遵循纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations)表现的动力学规律。根据硅油和水的不混溶关系，可以按照非混合多相流体的方法进行模拟。这种非混合流体中的相通常不会合并在一起，无论是基于网格或基于粒子的方法都可以对此类流体进行模拟。在SPH框架中，一种方法是显式计算粒子的碰撞并调整粒子位置，另一种是为不同相粒子分配不同的标签和物理属性，然而这些方法却容易造成相间不连续的问题。

发明内容

本发明提供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，为治疗裂孔性视网膜脱离的玻璃体切割联合硅油填充手术提供一种可视化方法，对硅油的填充量和取出时间实现定量分析并模拟硅油在眼内腔的状况，帮助医生在手术中确定理想的硅油填充量、解决硅油乳化影响难以预测的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法，所述辅助治疗裂孔性视网膜脱离的硅油填充模拟方法包括：

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；