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曲面网格构建算法与血流动力学模型设计与实现

作　者: 周庆华
导　师: 赵大哲
学　校: 东北大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 血流动力学网格模型三维造型平滑插入误差
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

心脑血管疾病已成为现代社会人类健康最主要威胁。研究动脉血液运动是血流动力学主要任务之一,这对人们更好理解并分析血管疾病的发生与发展十分重要。随着计算流动力学方法的不断发展和成熟,以及流体计算的数值模拟技术与CAD技术或三维数字成像技术的紧密结合,血流动力学可视化数值模拟技术已经广泛应用于心脑血管疾病病因和发展机制的研究中,其主要目的是使用计算流体力学方法,通过人体生理因素初始和边界控制计算并显示有研究价值的血流动力学特征分布,分析和探讨该分布改变与血管病变之间的关系。本文以血流动力学为基础,首先讨论了基于医学影像数据的血管网格模型重建,并实现了基于八叉树的曲面网格重建算法,采用基于QEF的方法获取边界点,并对法向量计算误差较大的点进行SVD分解来获取边界点。其次针对获取的网格模型表面粗糙的问题,采用了基于拉普拉斯的曲面平滑算法对曲面网格进行平滑处理,同时通过再次逆平滑的方法解决拉普拉斯算法存在的模型收缩问题,为了保证网格质量,本文在曲面平滑处理过程中同时考虑插入误差的变化情况,通过插入误差值的变化来限制曲面平滑处理,从而保证曲面网格的质量。最后,本文采用基于有限差分的方法求解了血流动力学阻力模型,并将速度、切应力、压力的分布及变化情况绘制到网格模型,为继续开展的基于流固耦合方法的血流动力学分析提供了技术积累。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-17
  1.1 背景及研究意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 网格构建研究现状  11-12
    1.2.2 网格误差分析及优化处理研究现状  12
    1.2.3 血管动力学分析研究现状  12-14
  1.3 研究内容及论文结构  14-17
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 论文结构  14-17
第2章相关技术  17-33
  2.1 网格构建技术  17-21
    2.1.1 相关概念  17-18
    2.1.2 网格构建算法的分类  18-20
    2.1.3 移动立方体曲面网格生成算法  20-21
  2.2 网格平滑处理技术  21-23
    2.2.1 噪声  21
    2.2.2 曲面平滑的标准  21-22
    2.2.3 曲面平滑算法分类  22-23
  2.3 血液动力学分析技术  23-30
    2.3.1 流体的连续介质模型  23
    2.3.2 流体的性质  23-25
    2.3.3 基本控制方程  25-28
    2.3.4 血液流动的分析模型  28-30
  2.4 本章小结  30-33
第3章基于八叉数的曲面网格生成算法  33-47
  3.1 算法设计与实现  33-42
    3.1.1 八叉树的曲面网格构建算法原理  33-35
    3.1.2 数据预处理  35-36
    3.1.3 基于八叉树的空间细分  36-40
    3.1.4 三角形曲面网格模型构建  40-42
  3.2 实验结果与性能分析  42-46
  3.3 本章小结  46-47
第4章基于插入误差分析的网格曲面平滑算法  47-61
  4.1 算法设计与实现  47-55
    4.1.1 改进的拉普拉斯平滑算法原理  47-48
    4.1.2 基于插入误差的能量函数  48-50
    4.1.3 基于插入误差分析的拉普拉斯平滑算法  50-55
  4.2 实验结果与性能分析  55-59
  4.3 本章小结  59-61
第5章颈动脉血流动力学分析  61-71
  5.1 有限差分法求解血流阻力模型算法设计与实现  61-68
    5.1.1 本章算法原理  61-65
    5.1.2 血流动力学分析初始条件设定  65-67
    5.1.3 血流动力学参数计算  67-68
  5.2 实验结果与性能分析  68-70
  5.3 本章小结  70-71
第6章总结与展望  71-73
  6.1 本文工作总结  71-72
  6.2 今后工作展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77

曲面网格构建算法与血流动力学模型设计与实现

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