第二十三期医学流体力学血管建模临床应用实践操作培训班
各企事业单位、高等院校及科研院所：
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。
中国社科教育培训中心职业教育委员会（http://www.cssttcec.org.cn ）联合工业与信息化技术培训网（http://www.itcc.ac.cn ）联合举办“医学流体力学血管建模临床应用培训班”。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08月16日—2024年08月19日 远程在线培训
（第一天数据及操作软件调试，共授课三天）
四、课程大纲
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一、生物流体力学理论基础
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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 |
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二、血流动力学三维建模应用软件 上机操作
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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 |
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三、血流动力学建模实训上机操作及案例分析 |
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 |
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四、具体案例分析（结合临床）
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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、实践软件操作案例讲解：
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模块 |
课程内容与目标 |
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生物力学概论 |
l 生物流体力学概述 l 临床现象到科学问题的提炼 l “国自然基金申报” 达到独立构建科学问题的程度 l 高质量科学论文写作 l 生物力学文章结构 l Method书写 l 范例分析 达到独立撰写英文论文的程度 |
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基于医学影像的三维重建 |
l 三维重建的基本原理 l 生物力学与解剖结构的关系 l 医学图像重建的特点和基本方法 l 导入DICOM原始图像数据 l 基于断层到三维图像的重建 l 基于CT影像的实体建模 l 基于MRI影像的实体建模 l 几何分割 l 三维模型导入导出与模型优化 达到具备三维模型重建提取的能力 |
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生物力学分析的几何处理 |
l 正逆向工程建模 l 生物力学分析实体构建 l 几何文件各格式的区别 l 几何表面光滑处理
l 评估肿瘤的大小或肿瘤的复杂性 l 调查并跟踪手术的结果 l 预测用于手术的板和螺钉的正确尺寸 l 几何参数测量 l 模型准确性评估 达到能独立处理得到有限元分析的有限元模型 |
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流体力学理论 |
流体力学理论 l Navier-Stokes方程推导过程 l 流体力学基本概念 可压缩vs不可压缩 牛顿流体vs非牛顿流体 瞬态vs稳态 单相流体vs多项流通 l 边界条件 达到能独立撰写method部分目标 有限体积方法 l 方程离散与基本格式 l 结构性网格与非结构性网格 达到能独立撰写method部分目标 |
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网格划分 |
有体积网格 l 解剖结构与网格关系 l 网格类型：网格无关性分析 网格划分 l 基于不同软件的有限体积网格划分 l 使用Mesh模块 l 模型分区和分网 l 生成body l 生成边界层网格 l 几何检查与集合修复 l 检查网格质量 l 制作血流动力学分析网格文件 达到能针对不同解剖结构建立有限元模型 |
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Fluent血流动力学 |
创建简单几何体 l 创建简单几何体 l 由实体模型生成壳模型 |
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瞬态计算 |
导入网格模型 l 导入网格文件 材料数学与边界条件 l 设置单位制 l 定义材料属性 血流密度、粘性 l 设置边界条件 速度设置 分析步、求解、收敛性 l 求解算法 l 设置收敛标准 l 设置分析步 l 计算与输出 习题：颈动脉狭窄血流动力学的计算 |
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肺呼吸动力学稳态计算 |
创建简单几何体 l 创建简单几何体 l 由实体模型生成壳模型 导入网格模型 l 导入网格文件 材料数学与边界条件 l 设置单位制 l 定义材料属性 血流密度、粘性 l 设置边界条件 l 速度设置 分析步、求解、收敛性 l 求解算法 l 设置收敛标准 l 设置分析步 l 计算与输出 习题：肺呼吸动力学稳态的计算 |
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后处理 |
常规流体力学参数 l 速度 l 压力 l 流线 达到了后处理的目标 血流动力学参数 l 壁面剪切力 l 剪切震荡指数 l 习题：后处理 达到处理血流动力学结果的目的 |
六、报名联系方式：
联系人: 期老师 手机（微信同号）：15210196261
电话：010-56129268 官方咨询QQ：513692711
E_mail：cashq_ict@vip.163.com 网址： http://www.cssttcec.org.cn
工业与信息化技术培训网：http://www.itcc.ac.cn
