本發明屬于醫學模型，具體涉及一種基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法及裝置。

背景技術：

1、腸道指從胃幽門至肛門的消化管，是人體重要的消化器官。腸道長約7-8米，分為小腸和大腸兩部分，結構復雜，功能豐富。由于不同腸道節段形狀、走向、壁厚等特征具有顯著差別，實現對腸道的精細建模不僅耗時長，更受制于技術挑戰性高、仿真計算量大。

2、腸道運動模式復雜，不同腸道節段、不同生理狀況下腸道運動特征截然不同。其中小腸部分運動較大腸部分更有規律，由此當前對小腸區域的運動建模更為豐富。小腸部分能觀察到蠕動、擺動收縮、分段收縮三種不同的、典型的運動模式。蠕動涉及協調的圓周和縱向收縮，產生食糜的推進力，擺動和分段收縮不產生腸道方向上的凈推進，但對食糜的混合、腸鳴音的產生有重大意義。現有研究對這三種運動模式均有涉足，其中蠕動和分段收縮是腸道運動模式中主要的兩個模塊，在實際通常是通過設定規定的邊界變形條件來實現。

3、然而，當前的腸道壁及壁面運動仿真建模存在一些普遍性的不足之處。一方面，建模高度依賴于邊界變形條件的設定，導致模型的可變性較差。如當設定為正弦波邊界條件時，模型的運動嚴格遵循該模式，缺乏靈活性，降低真實性。另一方面，為降低算力成本，現有模型常選擇犧牲仿真真實性換取壁面運動建模的靈活性，腸道壁被建模為簡化的規則幾何結構如軸對稱圓柱等，雖然便于施加邊界條件，但顯著限制了模型對實際生理狀態的真實反映能力。

技術實現思路

1、為了解決上述問題，本發明提供一種基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法及裝置，能夠靈活調整荷載和約束條件，顯著增強模型的可變性和適應性，且不以犧牲模型對實際生理狀態的真實反映能力為代價。

2、本發明所采用的技術方案為：

3、在第一個方面，本申請公開了基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，包括：

4、s1、建立人體真實腸道三維幾何模型；

5、s2、對腸道三維幾何模型進行預處理；

6、s3、設置腸道壁材料參數，模擬腸道壁；

7、s4、將修改后的腸道三維幾何模型分出壁面固體域，進行壁面仿真設置并劃分網格；

8、s5、通過設置荷載、邊界條件以仿真腸道運動形式，實現壁面運動設置；其中，所述運動形式包括蠕動、分節收縮、擺動收縮；

9、s6、設置求解器參數，仿真腸道壁及壁面運動。

10、作為一種可選的技術方案，步驟s2中的預處理包括對腸道三維幾何模型進行格式轉換和模型簡化。

11、作為一種可選的技術方案，步驟s3中，所述腸道壁材料參數的設置包括材料性質的定義、相應參數的確定以及腸道壁仿真本構方程的建立。

12、作為一種可選的技術方案，步驟s4中所述劃分網格包括：

13、s41、在ansys軟件design?modeler模塊中，通過建立面表面并進行表面翻轉的方法，建模腸道壁；

14、s42、設置腸道壁的厚度與材料以模擬真實腸道壁，并進行網格劃分。

15、作為一種可選的技術方案，步驟s6中，所述求解器參數的設置包括開始時間、結束時間、時間步長的設置。

16、在第二個方面，本申請公開了基于ansys的腸道壁及壁面運動建模裝置，包括：

17、模型建立模塊，用于建立人體真實腸道三維幾何模型；

18、預處理模塊，用于對腸道三維幾何模型進行預處理；其中，所述預處理包括對腸道三維幾何模型進行格式轉換和模型簡化；

19、模擬模塊，用于設置腸道壁材料參數，模擬腸道壁；其中，所述腸道壁材料參數的設置包括材料性質的定義、相應參數的確定以及腸道壁仿真本構方程的建立；

20、網格劃分模塊，用于將修改后的腸道三維幾何模型分出壁面固體域，進行壁面仿真設置并劃分網格；

21、壁面運動設置模塊，用于通過設置荷載、邊界條件以仿真腸道運動形式，實現壁面運動設置；其中，所述運動形式包括蠕動、分節收縮、擺動收縮；

22、求解模塊，用于設置求解器參數，仿真腸道壁及壁面運動。

23、作為一種可選的技術方案，所述網格劃分模塊包括：

24、腸道壁建模單元，用于在ansys軟件design?modeler模塊建立面表面并進行表面翻轉，建模腸道壁；

25、網格劃分單元，用于設置腸道壁的厚度與材料以模擬真實腸道壁，并進行網格劃分。

26、作為一種可選的技術方案，所述求解器參數的設置包括開始時間、結束時間、時間步長的設置。

27、在第三個方面，本申請公開了一種電子設備，包括：一個或多個處理器；一個或多個存儲器；所述一個或多個存儲器存儲有一個或多個計算機程序，所述一個或多個計算機程序包括指令，當所述指令被所述一個或多個處理器執行時，使得所述電子設備執行如上述第一個方面中所述的方法。

28、在第四個方面，本申請公開了一種計算機可讀介質，包括計算機程序，當所述計算機程序在計算機上運行時，使得所述計算機執行如上述第一個方面所述的方法。

29、本發明的有益效果為：本申請中，采用具有高度生理真實性的腸道幾何模型，結合ansys平臺的靈活建模方法，顯著提升仿真效果的真實性；能夠靈活調整荷載和約束條件，以適應多樣化的運動類型，顯著增強模型的可變性和適應性，為后續的腸道運動功能分析奠定可靠基礎，且不以犧牲模型對實際生理狀態的真實反映能力為代價。

技術特征：

1.基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，其特征在于：步驟s2中的預處理包括對腸道三維幾何模型進行格式轉換和模型簡化。

3.根據權利要求1所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，其特征在于：步驟s3中，所述腸道壁材料參數的設置包括材料性質的定義、相應參數的確定以及腸道壁仿真本構方程的建立。

4.根據權利要求1所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，其特征在于，步驟s4中所述劃分網格包括：

5.根據權利要求1所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模方法，其特征在于：步驟s6中，所述求解器參數的設置包括開始時間、結束時間、時間步長的設置。

6.基于ansys的腸道壁及壁面運動建模裝置，其特征在于，包括：

7.根據權利要求6所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模裝置，其特征在于，所述網格劃分模塊包括：

8.根據權利要求6所述的基于ansys的腸道壁及壁面運動建模裝置，其特征在于：所述求解器參數的設置包括開始時間、結束時間、時間步長的設置。

9.一種電子設備，其特征在于，包括：一個或多個處理器；一個或多個存儲器；所述一個或多個存儲器存儲有一個或多個計算機程序，所述一個或多個計算機程序包括指令，當所述指令被所述一個或多個處理器執行時，使得所述電子設備執行如權利要求1-5中任一項所述的方法。

10.一種計算機可讀介質，其特征在于，包括計算機程序，當所述計算機程序在計算機上運行時，使得所述計算機執行如權利要求1-5中任一項所述的方法。

技術總結
本發明公開了基于Ansys的腸道壁及壁面運動建模方法及裝置，所述方法包括：S1、建立人體真實腸道三維幾何模型；S2、對腸道三維幾何模型進行預處理；S3、設置腸道壁材料參數，模擬腸道壁；S4、將修改后的腸道三維幾何模型分出壁面固體域，進行壁面仿真設置并劃分網格；S5、通過設置荷載、邊界條件以仿真腸道運動形式，實現壁面運動設置；其中，所述運動形式包括蠕動、分節收縮、擺動收縮；S6、設置求解器參數，仿真腸道壁及壁面運動。能夠靈活調整荷載和約束條件，顯著增強模型的可變性和適應性，且不以犧牲模型對實際生理狀態的真實反映能力為代價。

技術研發人員：胡兵,劉瑞德,袁湘蕾,李雨佳,林江莉,莊艷,劉岑芹,何殊蓓,鄒遠文,陳科,韓霖
受保護的技術使用者：四川大學華西醫院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28