一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统制造方法及图纸

本公开是关于一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统，通过获取扫描设备采集的心脏瓣膜图像；从心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；网格优化，得到初始瓣膜模型；构建动脉，得到动脉血液模型；模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。本发明专利技术将有限元法与生物科学相结合，使用真实人体扫描图像对生物瓣膜模型进行重建，缩小人工心脏瓣膜与天然心脏瓣膜的差距。对重建的模型进行实体化处理，提取瓣膜外形的关键特征，对模型进行二次重建，得到更为贴近实际的三维模型。该模型不但可以真实的呈现人体心脏瓣膜外形，还可以有限元分析血液冲击瓣膜的受力分布，提高人工心脏瓣膜性能。

【技术实现步骤摘要】
一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统
本公开涉及医疗器械
，尤其涉及一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统。
技术介绍
由于结构组织功能性退化、应力应变引起疲劳损坏和瓣叶钙化等原因，心脏瓣膜可能发生病变。目前为了治疗心脏瓣膜病变，通常的治疗方法是心脏瓣膜置换手术。人工心脏瓣膜例如生物瓣膜与人体心脏瓣膜极其接近，具有相似的血液动力学性能，置换后患者无需终生抗凝治疗。但是，生物瓣膜有其自身材料特性，在不断受到血流冲击的影响下，会发生瓣叶钙化、退化和撕裂，这明显缩短了生物瓣膜的使用寿命。多年来，研究人员一直致力于研制性能更为优良的心瓣，但目前的研究主要是运用常规几何模型近似模拟设计，设计计算结果精度差，进而难以对生物瓣膜的性能进行优化。因此，如何提高设计精度，进而提高人工心脏瓣膜的性能是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术实施例中提供了一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统，以解决现有技术中的人工心脏瓣膜设计精度低的问题，进而提高人工心脏瓣膜的性能。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种人工心脏瓣膜性能优化方法，该方法包括：获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；对所述实体瓣膜模型和所述实体动脉壁模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。可选地，从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型，包括：获取用户选定的主动脉段的参考像素点，并提取所述参考像素点的像素值作为参考像素值；根据心脏瓣膜图像中像素点与像素值的分布关系，确定小于或等于所述参考像素值、且与所述参考像素值最近的像素点数目尖峰像素值作为像素阈值；提取像素值大于或等于所述像素阈值的所有像素点，作为候选像素点；根据所述候选像素点，得到主动脉段模型。可选地，根据所述候选像素点，得到主动脉段模型，包括：根据参考像素点，建立像素点集；以参考像素点为中心确定参考范围，当所述参考范围内存在至少一个非像素点集内的候选像素点时，将所述候选像素点增加到所述像素点集；将位于所述参考范围边缘的候选像素点作为新的参考像素点；当所述参考范围内的候选像素点均属于所述像素点集时，根据所述像素点集，生成主动脉段模型。可选地，根据所述像素点集，生成主动脉段模型，包括：根据所述像素点集，确定主动脉段边缘轮廓；根据属于所述主动脉段边缘轮廓内的所有像素点，构建主动脉段模型。可选地，所述人工心脏瓣膜性能优化方法，还包括：当所述主动脉段模型包括多张依次排序的断面图时，根据所述断面面积的变化趋势，确定第一断面图和第二断面图；其中，所述多张断面图包括所述主动脉段模型的局部断面，所述第一断面图为断面面积从小到达变化拐点对应的断面图，所述第二断面图为断面面积从大到小变化拐点对应的断面图；将第一断面图和第二断面图之间的断面图，组成所述主动脉段模型。可选地，对所述主动脉段模型进行网格优化，包括：根据平滑系数和第一迭代次数，进行第一光滑处理；根据反转阀值角度、第一几何错误值和第二迭代次数，进行第一三角优化；根据第一质量阀值、第二几何错误值、第一三角形最大边长和第三迭代次数，进行第二光滑处理；根据第二指令阀值、最大误差、第三迭代次数和第二三角形最大边长，进行第二三角优化；根据第二三角优化后的表面网格，生成体积网格。可选地，所述模型优化包括对所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别依次进行点云优化、多边形优化和曲面优化。可选地，所述点云优化包括：对所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行坏点去除，其中，所述坏点包括杂点、冗余点和噪声点的一种或多种；通过统一采样，增加优化点，得到优化后的初始瓣膜模型和动脉血液模型；将优化后的初始瓣膜模型和动脉血液模型上的点云使用三角面片连接，进行曲面封装。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种人工心脏瓣膜性能优化装置，该装置包括：获取模块，用于获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；提取模块，用于从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；网格优化模块，用于对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；动脉血液模型构建模块，用于在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；模型优化模块，用于将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；分析模块，用于对所述实体瓣膜模型和实体主动脉模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种人工心脏瓣膜性能优化系统，该系统包括扫描设备和服务器，其中：所述扫描设备，用于采集人体的心脏瓣膜图像；所述服务器，用于获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；对所述实体瓣膜模型和实体主动脉模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种人工心脏瓣膜性能优化方法、装置及系统，通过获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；对所述实体瓣膜模型和实体主动脉模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。根据该人工心脏瓣膜设计结果制造人工心脏瓣膜，本专利技术将有限元法与生物科学相结合，使用真实人体CT扫描图像对生物瓣膜模型进行重建，缩小了人工心脏瓣膜与天然心脏瓣膜的差距。同时，对重建的模型进行实体化处理，提取瓣膜外形的关键特征，对模型进行二次重建，得到更为贴近实际的三维模型。本次建模模型不但可以真实的呈现人体心脏瓣膜外形，还可以利用有限元软件模拟该模型在血液冲击瓣膜的受力分布，从而提高人工心脏瓣膜性能。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种人工心脏瓣膜性能优化方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种主动脉段模型提取方法的流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；对所述实体瓣膜模型和实体动脉壁模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。

【技术特征摘要】
1.一种人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：获取扫描设备采集得到的心脏瓣膜图像；从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型；对所述主动脉段模型进行网格优化，并从网格优化后的主动脉段模型中剪切得到初始瓣膜模型，其中，所述初始瓣膜模型包括3片切分开的瓣叶模型；在所述主动脉段模型上瓣叶位置的下方构建动脉，得到动脉血液模型；将所述初始瓣膜模型和所述动脉血液模型分别进行模型优化，得到实体瓣膜模型和实体动脉壁模型；对所述实体瓣膜模型和实体动脉壁模型进行有限元分析，得到人工心脏瓣膜设计结果。2.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，从所述心脏瓣膜图像中，提取主动脉段模型，包括：获取用户选定的主动脉段的参考像素点，并提取所述参考像素点的像素值作为参考像素值；根据心脏瓣膜图像中像素点与像素值的分布关系，确定小于或等于所述参考像素值、且与所述参考像素值最近的像素点数目尖峰像素值作为像素阈值；提取像素值大于或等于所述像素阈值的所有像素点，作为候选像素点；根据所述候选像素点，得到主动脉段模型。3.根据权利要求2所述的人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，根据所述候选像素点，得到主动脉段模型，包括：根据参考像素点，建立像素点集；以参考像素点为中心确定参考范围，当所述参考范围内存在至少一个非像素点集内的候选像素点时，将所述候选像素点增加到所述像素点集；将位于所述参考范围边缘的候选像素点作为新的参考像素点；当所述参考范围内的候选像素点均属于所述像素点集时，根据所述像素点集，生成主动脉段模型。4.根据权利要求3所述的人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，根据所述像素点集，生成主动脉段模型，包括：根据所述像素点集，确定主动脉段边缘轮廓；根据属于所述主动脉段边缘轮廓内的所有像素点，构建主动脉段模型。5.根据权利要求4所述的人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，还包括：当所述主动脉段模型包括多张依次排序的断面图时，根据所述断面面积的变化趋势，确定第一断面图和第二断面图；其中，所述多张断面图包括所述主动脉段模型的局部断面，所述第一断面图为断面面积从小到大变化拐点对应的断面图，所述第二断面图为断面面积从大到小变化拐点对应的断面图；将第一断面图和第二断面图之间的断面图，组成所述主动脉段模型。6.根据权利要求1所述的人工心脏瓣膜性能优化方法，其特征在于，对所述主动脉段模...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁泉，朱宏伟，王志超，唐丹，丛华，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37