计算医学的力量

改善患者的预后是生物医学研究和发展的最终目标。医学在过去几十年中取得了显著进步，无数可以挽救生命的发现与发明都来自于实验方法。 然而，实验研究技术有其局限性。活体手术可能是侵入性的、昂贵的，最坏的情况下，甚至可能对患者产生不利影响。 体外实验消除了对患者的潜在伤害，但在实验室中很难充分再现生物环境。 因此，体外结果往往不能转化为患者身上的效果。 仿真是体内和体外技术的补充方法。计算机仿真研究是非侵入性的，不会对患者构成风险。 此外，可以将相关的生理环境纳入仿真中，实现虚拟原位研究。在生物医学领域结合模拟和实验越来越普遍，结果也充满希望。 模拟可以帮助设计和评估医疗设备，增加我们对生理过程和疾病进展的理解，最终提高患者的预后效果。

CONVERGE是一款先进的计算流体动力学（CFD）求解器，为生物医学仿真提供了许多先进手段，包括简单的案例设置、相关的物理模型库以及内置的后处理和数据分析能力。此外，我们的开发和应用团队始终与您合作，以确保我们的软件满足您的特定需求。

模拟复杂的物理几何

在生物医学CFD中，模拟的几何形状通常是由患者扫描获得的复杂生物结构。由于每个患者的解剖结构都是独一无二的，因此每个几何形状也将是独特的。CFD模拟需要一个计算网格，它将计算域划分为离散的单元格，在其中求解物理问题。对于许多CFD求解器，您必须手动创建这个网格——这是一个耗时且乏味的过程，特别是对于复杂的生物几何形状。CONVERGE通过其自动网格生成消除了手动创建网格的需要。在计算过程中，CONVERGE快速生成一套高质量网格，保留物理结构的复杂拓扑特征。对于移动几何形状，CONVERGE在每个时间步长重新生成网格，无缝适应运动并捕捉结果流动特征。

快速获得结果

时间往往是生物医学领域的一个关键因素。虽然CFD对于紧急医学是不切实际的，但如果您正在设计一个可能挽救生命的心脏瓣膜或调查主动脉缩窄的治疗选项，仍然希望尽快得到结果。同时，您不想在准确性上妥协，因为错误可能会产生严重后果。CONVERGE中的自适应网格细化（AMR）可以帮助您在速度和准确性之间找到正确的平衡。AMR在整个模拟过程中自动调整网格，在需要的位置和时刻添加单元格以捕捉重要的物理现象。这个特性确保您的模拟尽可能高效，同时保持高水平的准确性。

捕捉流体与固体的交互作用

无数生理过程涉及固体结构对流体流动的反应而移动或变形。准确地表示这些现象是实现真实生物医学模拟的关键。CONVERGE包括一系列建模方法，用于模拟体内发生的各种流体-结构相互作用（FSI）。

刚体

机械装置，如血泵和人工心脏瓣膜，通常包含根据施加的流体力和自身重力等而移动的刚性部件。CONVERGE的刚体FSI解决了物体的位移，并且物体穿过计算网格的运动可以通过切割单元网格生成轻松适应。在流体和固体密度相当时，（例如，在叶片心脏瓣膜的情况下）FSI计算稳定性常常难以保障，CONVERGE通过隐式耦合方法处理来保证其稳定性。

可变形结构

对于非刚性固体，它们会根据流体流动而变形（例如，动脉壁），CONVERGE提供了几个选项。您可以使用分析函数或从医学成像获得的运动轮廓来规定变形固体的运动。如果您有兴趣根据施加的流体力预测变形，CONVERGE与Abaqus FEA求解器结合，用于先进的3D FSI变形研究。这些方法对于深入了解心血管动力学、膀胱排尿、蠕动和膜泵等许多其他应用非常有用。

预测剪切应力

壁面剪切应力（WSS）已被证明在多种疾病中扮演重要角色，包括先兆子痫、获得性血管性血友病综合征、动脉瘤破裂和动脉粥样硬化。CFD可以精度预测WSS，包括与严重主动脉狭窄相关的湍流生物流动。CONVERGE包含丰富的湍流模型选择，包括雷诺平均NS和大涡模拟。这些选项涵盖了计算速度和准确性的范围，因此您可以选择适当的模型来满足您的需求。

包含相关的液体和气体种类

CONVERGE在仿真中包含的材料方面提供了显著的灵活性，包括相关的牛顿和非牛顿生物流体。此外，CONVERGE的欧拉多相流建模能力允许您根据需要在仿真中包含尽可能多的液体和气体种类。您可以利用这一特性来研究各种情况，例如手术期间的CO2注入、血泵中的空化以及持续正压呼吸道（CPAP）机器中的冷凝。

应用生理边界条件

血管CFD模拟只捕捉了大循环系统中的一小部分。为了确保生理相关性，您需要考虑包含在计算域中的血管段下游的瞬态流场。CONVERGE具有Windkessel模型，可考虑下游动脉的顺应性。Windkessel模型是一种回路模拟方法，模仿了收缩期和舒张期主要动脉的扩张/收缩和阻力效应。使用这个模型，可以从CFD仿真中获得医学上有用的结果。

模拟气溶胶液滴

COVID-19大流行引发了对模拟气溶胶液滴的极大兴趣。CONVERGE的拉格朗日建模是一种用于建立颗粒包模拟计算效率很高的方法。您可以应用这些模型来研究诸如咳嗽喷射、口罩和面罩的影响、房间中充满病毒的液滴的传播、通风系统的效能以及通过鼻子在吸气/呼气、打喷嚏或使用鼻喷剂时液滴的流动等问题。