[发明专利]一种二尖瓣关闭不全血液返流的数字仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及心血管系统，尤其是涉及一种二尖瓣关闭不全血液返流的数字仿真方法。

背景技术

二尖瓣关闭不全是心血管疾病中常见的病理现象之一，其成因是二尖瓣在心脏收缩期不能正常关闭，血液从左心室流向主动脉的同时有一部分从左心室返流回左心房。二尖瓣关闭不全会产生血液返流，从而引起左心室扩张以及左心室功能障碍，严重时甚至会引发心力衰竭以致死亡。研究二尖瓣关闭不全时的血液返流情况，尤其是不同程度的关闭不全对血液返流的影响，对于二尖瓣临床修复和瓣膜置换手术有着重要的指导意义。

目前对人体二尖瓣返流情况的分析大都是利用彩色多普勒超声心动图来评估二尖瓣关闭不全的程度，这种方法过多地依赖于医生和操作者的经验，具有一定的主观性（邱峻蔚，孙锟.二尖瓣反流程度影像学评估方法研究进展[J].中国介入影像与治疗学，2010，7(2):203-206），而且该方法仅能测量某个体的实际情况，由于伦理道德的约束，很多实验不能直接在人体身上进行，无法实现不同程度的病变情况，因此无法进一步研究其内在规律。也有采用动物实验方法进行研究，但是由于动物和人存在差异，动物模型实验方法不能完全反映出人体的特征（孙静，二尖瓣反流连续多普勒频谱评估左室松弛时间常数的动物实验研究[D].中国人民解放军军医进修学院，硕士学位论文，2012）。也有学者通过物理仿真的方法，采用机械装置、传感器等建立物理实物模型模拟人体心脏活动状态（闫翾宇，心脏动态建模仿真与模拟装置研究，上海交通大学，硕士学位论文，2011），但建立这种实物模型费时、费力，模型的参数不易调整，建立的模型与实际人体生理特征也存在差异。随着计算机技术的发展，有学者采用数字仿真的方式，即根据血液动力学参数和电路参数之间的等效关系，建立等效的电路模型、数学模型，在计算机上模拟人体心血管系统的运行状态。采用数字仿真方法具有省时、省力、费用低、模型参数便于调整，可以实现极端情况下的实验等优点，便于研究其内在规律。但目前这些方法大都是对人体心血管系统正常情况进行模拟仿真，也有学者对二尖瓣关闭不全情况进行模拟仿真（邓敏，二尖瓣反流的超声成像模拟[D]，四川大学，硕士学位论文，2006；张建，二尖瓣偏心反流定量计算的超声模拟研究[D]，四川大学，硕士学位论文，2007）。但在这些针对二尖瓣关闭不全的仿真方法中，存在以下不足之处：

1）目前的二尖瓣关闭不全仿真方法并没有将肺循环系统、体循环系统和心脏循环系统三个循环系统耦合起来。由于肺循环、体循环、心脏循环系统对二尖瓣返流都会产生影响，因此分析二尖瓣返流时需考虑这三个循环系统的影响。若仅考虑心脏循环系统，对二尖瓣返流的仿真计算将会产生较大误差。

2）目前的二尖瓣关闭不全仿真方法不能定量的仿真不同程度二尖瓣关闭不全情况，仅仅能仿真“存在”或者“不存在”二尖瓣关闭不全现象。由于临床上存在不同程度的二尖瓣关闭不全现象，因此对不同程度的二尖瓣关闭不全需要用一个可以连续变化、可以定量表示的方法来进行仿真，才能更加接近实际现象。

3）目前的二尖瓣关闭不全仿真方法仅仿真了血液返流情况，而不能测量左心室压、左心室容积、左心房压、左心房容积、肺静脉压、二尖瓣流量、二尖瓣容积等相关生理参数的变化。这些生理参数对二尖瓣关闭不全的研究也具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有二尖瓣关闭不全仿真方法的不足，提供可考虑肺循环系统、体循环系统和心脏循环系统对二尖瓣返流的影响，定量的仿真不同程度二尖瓣关闭不全情况，精确计算血液返流以及其他相关生理参数情况，从而为二尖瓣关闭不全的研究提供帮助的一种二尖瓣关闭不全血液返流的数字仿真方法。

本发明包括以下步骤：

一、根据血液动力学参数和电路参数之间的等效关系，建立与肺循环系统、体循环系统、左心循环系统、右心循环系统等效的四腔室集总参数心血管动态电路模型；

在步骤一中，

所述与左心循环系统等效的电路模块M_LH由以下方式构成：电阻R_M一端接于P_LA节点，电阻R_M另一端与二极管D_M正极串联，二极管D_M负极接于P_LV节点；P_LA节点、P_LV节点分别通过时变倒电容E_LA(t)与E_LV(t)接地；