工程科学学报.第43卷，第9期：1233-1243.2021年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.9:1233-1243,September 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.006;http://cje.ustb.edu.cn 面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟 徐衍睿23,4，班晓娟2,34，王笑琨23,4四，王宇1234)，尹豆2)，周靖2)， 黄厚斌)，朱志鸿) 1)北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心.北京1000832)北京科技大学计算机与通信工程学院.北京1000833)北京科技大 学人工智能研究院.北京1000834)北京科技大学材料领域知识工程北京市重点实验室.北京1000835)中国人民解放军总医院海南医 院.三亚572013 ☒通f信作者，E-mail:wangxiaokun@ustb.edu.cn 摘要针对传统医疗手段无法有效量化评估手术中不同硅油加注量对于视网膜裂孔贴附效果的问题，本文提出一种面向 视网膜脱离手术的硅油填充模拟方法，基于物理建模与计算机数值离散化技术对眼内受力、硅油填充状态进行分析，并对填 充模拟过程进行三维模型构建与可视化.实现医疗过程决策辅助目的.首先对人类眼球与手术器具进行基础建模与模型采 样，模拟手术流程中眼球状态：然后，根据水与硅油的密度、黏滞系数、表面张力等不同物理性质，对水-硅油两相流动及交互 进行模拟：最后，构建固液交互模型，实现多相液体在眼球中的运动与填充.实验结果表明，本文方法能够较好地呈现眼球内 多相流体运动交互效果，实现了诸如表面张力、固液耦合、液体分层、连通器效应等效果，实现了对眼内腔中通过导管注入硅 油与排出水分流程的模拟，为预测硅油填充后的眼内状态提供了一种有效的方式，辅助医生进行手术流程规划与效果预测 关键词孔源性视网膜脱离：硅油填充：流体模拟：多相流：固液边界 分类号R774.1:TP399 Simulations of silicone oil filling for use in retinal detachment surgery XU Yan-rui24),BAN Xiao-juan 24),WANG Xiao-kun2)WANG Yu234),YIN Dou).ZHOU Jing, HUANG Hou-bin,ZHU Zhi-hong) 1)Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Computer and Communication Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Institute of Artificial Intelligence,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 4)Beijing Key Laboratory of Knowledge Engineering for Materials Science,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 5)Hainan Hospital of PLA General Hospital,Sanya 572013,China Corresponding author,E-mail:wangxiaokun@ustb.edu.cn ABSTRACT With advancements in modern medical technology,the treatment of rhegmatogenous retinal detachment has been receiving increasing attention.Globally,vitrectomy combined with intraocular silicone oil tamponade has been widely used for rhegmatogenous retinal detachment,and the surgical equipment and technology required are increasingly advanced.In such an operation, it is crucial to understand how to achieve the best therapeutic effect with the minimum amount of silicone oil tamponade so as to reduce surgical complications.Traditional medical methods cannot effectively evaluate the effect of different silicone oil dosages on retinal hole attachment.Aiming at this concern,the current study proposed a silicone oil tamponade simulation method for retinal detachment surgery.Based on physical modeling and computer numerical discretization techniques,the intraocular force and silicone oil filling state 收稿日期：2021-01-13 基金项目：海南省财政科技计划资助项目(ZDYF2020031.ZDYF2019009):国家自然科学基金资助项目(61873299)：佛山市人民政府科技 创新专项资金资助项目(BK20AF001,BK19AE034):中央高校基本科研基金资助项目(FRF-TP.19-043-A2)面向视网膜脱离手术的硅油填充模拟 徐衍睿1,2,3,4)，班晓娟1,2,3,4)，王笑琨1,2,3,4) 苣，王    宇1,2,3,4)，尹    豆2,3)，周    靖2,3)， 黄厚斌5)，朱志鸿5) 1) 北京科技大学北京材料基因工程高精尖创新中心，北京 100083    2) 北京科技大学计算机与通信工程学院，北京 100083    3) 北京科技大 学人工智能研究院，北京 100083    4) 北京科技大学材料领域知识工程北京市重点实验室，北京 100083    5) 中国人民解放军总医院海南医 院，三亚 572013 苣通信作者，E-mail：wangxiaokun@ustb.edu.cn 摘    要    针对传统医疗手段无法有效量化评估手术中不同硅油加注量对于视网膜裂孔贴附效果的问题，本文提出一种面向 视网膜脱离手术的硅油填充模拟方法，基于物理建模与计算机数值离散化技术对眼内受力、硅油填充状态进行分析，并对填 充模拟过程进行三维模型构建与可视化，实现医疗过程决策辅助目的. 首先对人类眼球与手术器具进行基础建模与模型采 样，模拟手术流程中眼球状态；然后，根据水与硅油的密度、黏滞系数、表面张力等不同物理性质，对水‒硅油两相流动及交互 进行模拟；最后，构建固液交互模型，实现多相液体在眼球中的运动与填充. 实验结果表明，本文方法能够较好地呈现眼球内 多相流体运动交互效果，实现了诸如表面张力、固液耦合、液体分层、连通器效应等效果，实现了对眼内腔中通过导管注入硅 油与排出水分流程的模拟，为预测硅油填充后的眼内状态提供了一种有效的方式，辅助医生进行手术流程规划与效果预测. 关键词    孔源性视网膜脱离；硅油填充；流体模拟；多相流；固液边界 分类号    R774.1；TP399 Simulations of silicone oil filling for use in retinal detachment surgery XU Yan-rui1,2,3,4) ，BAN Xiao-juan1,2,3,4) ，WANG Xiao-kun1,2,3,4) 苣 ，WANG Yu1,2,3,4) ，YIN Dou2,3) ，ZHOU Jing2,3) ， HUANG Hou-bin5) ，ZHU Zhi-hong5) 1) Beijing Advanced Innovation Center for Materials Genome Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Institute of Artificial Intelligence, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 4) Beijing Key Laboratory of Knowledge Engineering for Materials Science, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 5) Hainan Hospital of PLA General Hospital, Sanya 572013, China 苣 Corresponding author, E-mail: wangxiaokun@ustb.edu.cn ABSTRACT    With  advancements  in  modern  medical  technology,  the  treatment  of  rhegmatogenous  retinal  detachment  has  been receiving  increasing  attention.  Globally,  vitrectomy  combined  with  intraocular  silicone  oil  tamponade  has  been  widely  used  for rhegmatogenous retinal detachment, and the surgical equipment and technology required are increasingly advanced. In such an operation, it is crucial to understand how to achieve the best therapeutic effect with the minimum amount of silicone oil tamponade so as to reduce surgical complications. Traditional medical methods cannot effectively evaluate the effect of different silicone oil dosages on retinal hole attachment.  Aiming  at  this  concern,  the  current  study  proposed  a  silicone  oil  tamponade  simulation  method  for  retinal  detachment surgery. Based on physical modeling and computer numerical discretization techniques, the intraocular force and silicone oil filling state 收稿日期: 2021−01−13 基金项目: 海南省财政科技计划资助项目（ZDYF2020031，ZDYF2019009）；国家自然科学基金资助项目（61873299）；佛山市人民政府科技 创新专项资金资助项目（BK20AF001，BK19AE034）；中央高校基本科研基金资助项目（FRF-TP-19-043-A2） 工程科学学报，第 43 卷，第 9 期：1233−1243，2021 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 9: 1233−1243, September 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.13.006; http://cje.ustb.edu.cn