[發明專利]一種肺動脈瓣膜幾何形狀數學模型的建立方法

有效

• 申請號: 201710473441.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107315911B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 沈曉芹;白琳;楊乾
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G06T17/00
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

本發明公開了一種肺動脈瓣膜幾何形狀數學模型的建立方法，包括如下步驟：基于肺動脈瓣膜在一個心動周期內的運動特征，假定其對稱，僅研究單個小葉；基于肺動脈瓣膜的結構和生理特征，假定其為彈性殼體中的圓柱殼的一部分；根據醫學圖像與相關數據，找到擬合函數并確定小葉形狀與相關參數；數據驗證我們的結論，確定研究結果的準確性。本發明在研究過程中基于三個瓣葉結構與尺寸的相似性，假定瓣葉之間呈現出完全對稱性僅研究單個瓣葉，使得問題簡單化；本發明給出的關于肺動脈瓣膜的幾何形狀的數學模型有一定的理論依據和準確性，這將有助于臨床醫學上處理有關肺動脈瓣的疾病，更有助于對醫學上對人工心臟瓣膜替代品的重構。

技術領域

本發明涉及數學模型技術領域，尤其涉及一種肺動脈瓣膜幾何形狀數學模型的建立方法。

背景技術

心臟是人體一個特別復雜和重要的器官，主要包含著兩房兩室，心房接納來自靜脈的回心血，心室則將離心血打入動脈，而在房室之間的連接主要依靠瓣膜，人體心臟共有四組瓣膜，分別是：二尖瓣、三尖瓣、主動脈瓣和肺動脈瓣。這些瓣膜通過密切的聯系精巧的組合在一起，心臟瓣膜的主要功能是心臟內的血液在兩個獨立的空間中相互交叉，使得血液流向適當的方向并向器官和組織提供氧氣和營養，防止出現返流現象。鑒于心臟瓣膜在心臟中至關重要的作用以及各種與瓣膜有關的疾病的出現，我們對瓣膜的幾何形狀的數學模型的研究就非常有必要，這將有助于臨床醫學上處理有關肺動脈瓣的疾病，更有助于對醫學上對人工心臟瓣膜替代品的重構。

對于肺動脈瓣的研究目前已取得很大程度上的進展。比如在光學顯微鏡下，單個葉片心室與動脈內膜層包含椎板瓣膜，椎板片，椎板鞘膜，椎板纖維和椎板動脈五層、用肺動脈瓣替換主動脈瓣的Ross程序、結合流體力學對心臟瓣膜的生物力學的研究、一種用于肺動脈瓣膜替換基于機械各向異性的彈性支架的有限元模擬并模擬出肺動脈瓣最佳的小葉形狀、對肺動脈瓣膜進行解剖學測量以及自體肺動脈瓣可以替帶主動脈瓣、在一個心動周期內的的瓣口面積、瓣環大小的改變情況等等。但是我們可以看到大部分的研究還是傾向于病變后的瓣膜或是有關疾病的治療和術后檢測，以及肺動脈瓣膜的微觀和宏觀結構。對于肺動脈瓣膜的幾何形狀以及參數表達式的研究目前為止還沒有一個統一的結論，因此該課題的研究不論是在醫學角度或是從數學角度上說都是有必要的。

發明內容

本發明采用的技術方案是：一種肺動脈瓣膜幾何形狀數學模型的建立方法，包括如下步驟：

1)、基于肺動脈瓣膜在一個心動周期內的運動特征，假定其對稱，僅研究單個小葉；

2)、基于肺動脈瓣膜的結構和生理特征，假定其為彈性殼體中的圓柱殼的一部分；

3)、根據醫學圖像與相關數據，找到擬合函數并確定小葉形狀與相關參數；

4)、數據驗證我們的結論，確定研究結果的準確性。

所述步驟3)具體操作方法如下：

通過對成人心臟的觀察看出，肺動脈瓣膜在關閉的狀態下時，瓣葉對合呈現出類“Y”形狀；肺動脈瓣膜打開的狀態下，瓣口呈現類似于圓形，對于人體肺動脈瓣膜解剖圖也可以看到三個瓣葉呈現相似結構，于是我們作出假設：第一，考慮到瓣葉是相似結構的事實，假設三個瓣葉呈現出完全對稱性，從連接到合縫的圓周角是120度；第二，主要針對瓣葉進行研究，因此忽略瓣葉之間的結合高度；第三，假設瓣葉邊緣光滑的規則圖形；

下面以肺動脈瓣的右半月瓣為例進行研究：

對于葉片的參數設計基于對肺動脈瓣膜的結構和生理特征的了解假定其為彈性殼體中的圓柱殼的一部分，圓柱體的參數方程如下：

其中R為截圓的半徑，z是圓柱殼的高度。