随着数字技术在社会各个领域的发展,仿真技术也在医学各项临床工作中发挥其优势和作用。生物流体力学主要研究动物和人体内循环、呼吸系统的生理流体(如血液、气体、尿液、淋巴液和其他体液等)的流体力学问题。数字医学技术是数学、物理学、计算机科学等学科在医学中的综合应用,如今以三维医学影像重建、虚拟现实技术、有限元计算仿真、3D打印等为代表的数字医学技术已在临床中展现出了广泛的应用前景,是生物学、医学、生理学、生物医学工程等学科的综合与交叉,尤其是与临床医学及人类心血管疾病的预防、诊治、解理等研究关系上极为密切。然而对于广大医务工作者来说,有限元建模仿真复杂的理工科背景知识是影响其进一步学习应用的瓶颈。
中国管理科学研究院职业教育研究所(http://www.camec.org.cn )工业与信息化技术培训网(http://www.itcc.ac.cn )联合举办“医学流体力学血流动力学仿真模拟计算及临床应用培训班”。从实际工作中疑难问题出发,帮助临床工作者如何从流体生物力学角度观察临床实际问题。
一、培训目标:
1、理解血流动力学三维图像重建和有限元建模仿真的基本原理、基础概念和方法;及生物流体力学软件基本操作和使用流程;
2、针对心血管科、心内外科、神经内外科、耳鼻喉科等临床基础研究中的数字医学问题提供实例讲解; 为相关临床课题提供基本科研思路。
二、主讲专家:
来自北京航空航天大学、北京工业大学、中国科学院等主要从事血管生物力学仿真计算、智能诊疗、医学流体力学模拟、生物医学工程、医学生物力学和计算机建模仿真研究的主讲老师,科研及工程经验很丰富,并且在国际重要期刊发表多篇论著,发明专利5项。
三、时间地点:
2024年06月14日—2024年06月17日 远程在线培训
四、参加对象:
各省市、自治区从事生物流体力学、医学有限元、医学三维重建、生物医学工程、基础医学、临床医学、心血管学、内分泌学、脑科学、呼吸、耳鼻喉等教学、研究与应用的教师、医师、科研工作者、各级教练员等方面的相关人员;国内各重点大学、科研院所相关研究领域的博士、硕士相关研究生和学者等:
五、课程大纲
一、生物流体力学理论基础
本部分重点介绍计算流体力学的建模方法与理论基础 | 1. 血流动力学研究概述 1.1 计算流体力学的质量与动量守恒方程 1.2 血流动力学仿真的几种常用模式:单相流、多相流、牛顿、非牛顿、瞬态、稳态等。 2. 以医学工作者视角分析应用计算流体力学工具的仿真思路 2.1 以血流动力学典型问题论文重现方式讲解如何开始一个血流动力学仿真 2.3 血流动力学仿真的算法选择与实验设计 3. 血流动力学仿真建模工具介绍 3.1 数据分析工具 3.2 血流动力学参数图像后处理工具 3.3 常用血流动力学参数实现方法介绍 |
二、血流动力学三维建模应用软件基础 l Mimics软件 l 3-matic软件 l ANSYS基础操作 l fluent后处理软件件 fluent-post/CFD-POST/EnSight/Tecplot结果文件可视化软件
(上机操作) 本部分主要带领学员安装和熟悉软件环境及运行模式,结合使用技巧和方法实际操作 | 1. Mimics软件: 血管三维模型重建详解,从医学图像到三维模型 (主要练习材料:颅内动脉瘤CTA、颈动脉狭窄CTA影像数据) 2. 3-matic软件 模型的基本处理:血管三维模型的表面三角面片的优化、修补、光顺、出入口的切割等 3. ANSYS基础操作(Fluent meshing/Fluent) 网格:应用Fluent meshing为主要操作平台,进行网格划分、边界层网格特殊处理,用于后续CFD计算 计算:使用Fluent进行血流的计算。具体包括网格导入、边界条件prof制作、加载、材料属性赋值等 4. fluent-post/CFD-POST/Ensight/Tecplot软件使用及后处理方法 将计算结果导入后处理软件中进行流线绘制、压力、壁面剪切应力分布图的绘制等 |
三、血流动力学建模实训 (上机操作及案例分析)
本部分重点带领学员实施建模过程,包括问题的提取、转化为模型的处理方法、基于模型的分析方法等。让学员能熟悉医学图像应用与建模分析之间的关系,了解基于软件建模分析方法。 | 实训内容以颈动脉狭窄血管疾病为示例,流程为医学影像-三维模型-网格划分-边界条件加载-计算-结果可视化-结果分析 1.应用医学图像(CTA/MRA/DSA),利用Mimics软件重建血管三维模型 1.1 DICOM数据的导入 1.2 血管区域的识别与提取(阈值分割、区域生长等具体操作)、形态学测量、三维可视化 1.3重建三维模型 2. 应用3-matic处理模型 2.1 模型表面的三角面片优化、修复、光顺 2.2 模型出入口的切割 2.3 其他几何建模:人工构建血管壁、动脉瘤、狭窄等。 3. 应用Fluent meshing进行网格的划分 3.1 模型导入与边界条件处理 3.2 网格设置参数详解 3.3 边界层的设定与网格导出 4. 仿真模拟计算 4.1 网格模型的导入、比例缩放 4.2 仿真计算的模型选择:层流、湍流、多相流等 4.2 血流材料属性的设置 4.3 边界条件设置(getdata边界条件获取、prof瞬态文件制作,非牛顿程序加载) 4.4 稳态(定常流)和瞬态(脉动流)、多相流、非牛顿血流模拟 4.5 Fluent post/CFD- POST/tecplot/EnSight后处理操作 4.6常用血流动力学参数介绍;血流流线、压力、壁面剪切应力分布可视化 |
四、具体案例分析(结合临床)
举例分析血流动力学在临床中的具体应用分析,学员可根据自己所在领域提出临床问题,进行讨论,实现论文及科研项目的设计思路和实现方法 | 1. 动脉瘤破裂风险评估 2. 颈动脉狭窄与远端卒中相关性分析/与斑块稳定性分析 3. 血流导向装置多孔介质分析 4. 狭窄、弯曲血管红细胞颗粒浓度极化现象分析 5. 密网支架放置后对动脉瘤内部的灌注改变分析 6. 血管开窗与血管疾病的关联性分析 7. CFD结合机器学习的科研创新思路介绍 |
五、总结及答疑 针对学员在学习中存在的普遍问题进行补讲及答疑 | 1. 根据学员反馈补充细讲学习中薄弱环节 2. 现场答疑 3. 建立微信群学习平台 |
六、实践软件操作案例讲解:
(一)Mimics——三维模型重建
1.DICOM格式文件的导入:Mimics操作界面介绍、图像对比度调整、常用分割、建模工具介绍
2.数据测量:基于中心线测量方法介绍、二维形态学测量工具介绍
3.三维重建: 阈值分割算法、区域增长算法、三维重建等操作
4.形态学参数分析: 模型中心线提取、基于中心线的形态学指标测量、测量参数的导出等操作
(二)3-matic——模型修复、优化等预处理
1. 界面操作简介:目标标记工具、模型设计工具、测量工具、修复工具等
2. 网格功能:stl格式表面网格的优化目标,网格重画、网格删除、网格光滑、网格补洞、网格包裹作等操作
3. 模型的构建:利用3-matic的三维建模功能,构建动脉狭窄、动脉瘤等
4. 流体出入口:多种方式切割及提取
(三)Fluent meshing——网格划分、边界条件初步设定
1.网格划分的方法、流程简介:网格划分的流程、思想、步骤、评价指标,网格划分界面的操作。
2.网格划分:包括网格划分的参数选择、流体域的命名与边界条件初步设置、四面体、多面体网格的网格划分与网格可视化操作
3.网格的边界层与体网格预览:边界层的层数与增长率设置、体网格划分及模型准备
(四)Fluent ——血流动力学计算
1.界面操作简介:包括操作界面调整、模型显示调整等操作
2.仿真模拟操作流程: 包括导入网格、比例缩放、网格显示、网格检查、流动模式设置、设置材料属性、边界条件检查、prof文件制作导入等、求解控制等操作,以稳态模拟与瞬态、牛顿与非牛顿、多相流与单相流模拟为例,对模型进行计算等操作
七、培训费用:(注:住宿可统一由会务组进行安排,费用自理。)
A类,每人3900元(含培训费、教材费、证书费、资料费)
B类,每人4580元(含培训费、教材费、证书费、资料费)
八、颁发证书:
参加相关培训并通过考试的学员,可以获得:
A类,由中国管理科学研究院颁发的《生物流体力学建模仿真技术工程师》(高级)专业人才技能证书,官方网站查询,该证书可作为有关单位专业技术人员能力评价、考核和任职的重要依据。
B类,由工业和信息化部全国网络与信息技术考试管理中心颁发的《生物流体力学建模仿真技术工程师》职业技能证书,官方网站官方网站查询或扫描证书上方的二维码查询,证书直接纳入专业人才数据库,该证书可作为企事业单位选拔和聘用专业人才的依据。(加上A类共两本证书)。
注:请学员带两寸彩照两张(背面注明姓名)、身份证复印件和学历证明复印件各两张。
九、联系方式:
联系人: 期涛(老师)
手机(微信同号):15210196261
电话:010-56129268
E_mail:cashq_ict@vip.163.com
官方咨询QQ:513692711
影像组学QQ群群号: 823857372(加群备注:期涛邀请)