[发明专利]一种肺动脉瓣膜几何形状数学模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种肺动脉瓣膜几何形状数学模型的建立方法，包括如下步骤：基于肺动脉瓣膜在一个心动周期内的运动特征，假定其对称，仅研究单个小叶；基于肺动脉瓣膜的结构和生理特征，假定其为弹性壳体中的圆柱壳的一部分；根据医学图像与相关数据，找到拟合函数并确定小叶形状与相关参数；数据验证我们的结论，确定研究结果的准确性。本发明在研究过程中基于三个瓣叶结构与尺寸的相似性，假定瓣叶之间呈现出完全对称性仅研究单个瓣叶，使得问题简单化；本发明给出的关于肺动脉瓣膜的几何形状的数学模型有一定的理论依据和准确性，这将有助于临床医学上处理有关肺动脉瓣的疾病，更有助于对医学上对人工心脏瓣膜替代品的重构。

技术领域

本发明涉及数学模型技术领域，尤其涉及一种肺动脉瓣膜几何形状数学模型的建立方法。

背景技术

心脏是人体一个特别复杂和重要的器官，主要包含着两房两室，心房接纳来自静脉的回心血，心室则将离心血打入动脉，而在房室之间的连接主要依靠瓣膜，人体心脏共有四组瓣膜，分别是：二尖瓣、三尖瓣、主动脉瓣和肺动脉瓣。这些瓣膜通过密切的联系精巧的组合在一起，心脏瓣膜的主要功能是心脏内的血液在两个独立的空间中相互交叉，使得血液流向适当的方向并向器官和组织提供氧气和营养，防止出现返流现象。鉴于心脏瓣膜在心脏中至关重要的作用以及各种与瓣膜有关的疾病的出现，我们对瓣膜的几何形状的数学模型的研究就非常有必要，这将有助于临床医学上处理有关肺动脉瓣的疾病，更有助于对医学上对人工心脏瓣膜替代品的重构。

对于肺动脉瓣的研究目前已取得很大程度上的进展。比如在光学显微镜下，单个叶片心室与动脉内膜层包含椎板瓣膜，椎板片，椎板鞘膜，椎板纤维和椎板动脉五层、用肺动脉瓣替换主动脉瓣的Ross程序、结合流体力学对心脏瓣膜的生物力学的研究、一种用于肺动脉瓣膜替换基于机械各向异性的弹性支架的有限元模拟并模拟出肺动脉瓣最佳的小叶形状、对肺动脉瓣膜进行解剖学测量以及自体肺动脉瓣可以替带主动脉瓣、在一个心动周期内的的瓣口面积、瓣环大小的改变情况等等。但是我们可以看到大部分的研究还是倾向于病变后的瓣膜或是有关疾病的治疗和术后检测，以及肺动脉瓣膜的微观和宏观结构。对于肺动脉瓣膜的几何形状以及参数表达式的研究目前为止还没有一个统一的结论，因此该课题的研究不论是在医学角度或是从数学角度上说都是有必要的。

发明内容

本发明采用的技术方案是：一种肺动脉瓣膜几何形状数学模型的建立方法，包括如下步骤：

1)、基于肺动脉瓣膜在一个心动周期内的运动特征，假定其对称，仅研究单个小叶；

2)、基于肺动脉瓣膜的结构和生理特征，假定其为弹性壳体中的圆柱壳的一部分；

3)、根据医学图像与相关数据，找到拟合函数并确定小叶形状与相关参数；

4)、数据验证我们的结论，确定研究结果的准确性。

所述步骤3)具体操作方法如下：

通过对成人心脏的观察看出，肺动脉瓣膜在关闭的状态下时，瓣叶对合呈现出类“Y”形状；肺动脉瓣膜打开的状态下，瓣口呈现类似于圆形，对于人体肺动脉瓣膜解剖图也可以看到三个瓣叶呈现相似结构，于是我们作出假设：第一，考虑到瓣叶是相似结构的事实，假设三个瓣叶呈现出完全对称性，从连接到合缝的圆周角是120度；第二，主要针对瓣叶进行研究，因此忽略瓣叶之间的结合高度；第三，假设瓣叶边缘光滑的规则图形；

下面以肺动脉瓣的右半月瓣为例进行研究：

对于叶片的参数设计基于对肺动脉瓣膜的结构和生理特征的了解假定其为弹性壳体中的圆柱壳的一部分，圆柱体的参数方程如下：

其中R为截圆的半径，z是圆柱壳的高度。