心脏瓣膜支架的检测方法、装置、计算机设备和存储介质与流程

本技术涉及数字医疗器械，特别是涉及一种心脏瓣膜支架的检测方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术：

1、当前，tavr（transcatheter aortic valve replacement，经导管主动脉瓣置换术）已广泛用于重度主动脉瓣狭窄微创治疗，术中所用自膨式瓣膜支架由具备超弹性与形状记忆效应的镍钛合金激光切割制成，植入时需压缩收纳于导管，释放后在主动脉根部撑开，服役期间要承受约4亿次、对应人体10年寿命的心动周期脉动血压交变载荷，因此，其疲劳强度评价受到各国监管机构和国际标准的严格要求。

2、当前，对自膨式瓣膜支架的疲劳强度评价常采用物理样机台架疲劳试验、通用有限元求解器搭配离线自编脚本、工程师人工抽样危险节点绘制goodman曲线三种评估手段，其中物理台架试验结果真实但测试周期长达数月且无法还原人体血管真实局部受力，通用cae（computer aided engineering，计算机辅助工程）联合离线脚本方案灵活性有限、跨软件数据交互割裂易产生格式与截断误差，人工抽样评估计算量小却存在严重主观偏差、极易漏判疲劳风险点，三类传统非定制化方案整体存在三大核心缺陷：一是平台未针对支架介入工况专属优化，仿真边界条件设置难度高、无内置医疗疲劳模块，工具链碎片化，跨平台数据处理耗时且易出错；二是数十万网格节点的数据处理高度依赖人工筛选危险节点，不仅易遗漏隐患，还难以通过雨流计数精准解析生理非规则脉动载荷的应力滞后环，造成4 亿次超长循环寿命预测失真；三是评估输出仅为二维goodman图表与安全系数表格，无法将风险数值精准映射至支架三维拓扑结构，研发人员难以快速定位薄弱区域，拉长产品迭代周期。因此，如何构建一种心脏瓣膜支架的自动化检测方法，提高对心脏瓣膜支架各个节点是否存在疲劳断裂风险的检测精度，降低对心脏瓣膜支架的人工检测成本，是需要解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种提高对心脏瓣膜支架各个节点是否存在疲劳断裂风险的检测精度，降低对心脏瓣膜支架的人工检测成本的心脏瓣膜支架的检测方法、装置、计算机设备和存储介质。

2、第一方面，本技术提供了一种心脏瓣膜支架的检测方法，所述方法包括：

3、确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型；

4、通过求解器，根据所述有限元网格模型依次进行支架压鞘、原位释放和血管顺应性接触的仿真求解，确定所述有限元网格模型中各网格节点对应仿真原始位移时序数据；

5、基于所述仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据所述有效应力信息，确定目标应力-时间序列；其中，目标应力-时间序列为瞬态主应力-时间序列或等效应力-时间序列；

6、通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定所述闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力；

7、根据应力幅值、平均应力和所述心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险；所述材料力学参数包括疲劳极限参数和抗拉强度参数。

8、在其中一个实施例中，根据所述最大内切球半径，确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型，包括：

9、确定心脏瓣膜支架的支架三维模型，并将所述支架三维模型分割为多个网格单元，将所述网格单元之间的顶点交点作为网格节点；

10、根据所述网格单元和所述网格节点确定几何网格拓扑结构；

11、将所述心脏瓣膜支架的材料属性信息关联至几何网格拓扑结构中对应的网格单元，确定所述心脏瓣膜支架的有限元网格模型。

12、在其中一个实施例中，基于所述仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据所述有效应力信息，确定目标应力-时间序列，包括：

13、采用变形梯度特征值分解方法，从仿真原始位移时序数据中确定静态刚体位移分量；

14、从仿真原始位移时序数据中剔除静态刚体位移分量，确定有效位移场；

15、通过有限元网格单元形函数，基于有效位移场，确定有限元网格模型中各网格节点的应变张量；

16、基于超弹性材料理论，根据各网格节点的应变张量和心脏瓣膜支架的材料属性信息，确定各网格节点的有效应力信息；

17、基于各网格节点的有效应力信息，确定各网格节点的瞬态主应力或等效应力，并根据各网格节点的瞬态主应力或等效应力，生成目标应力-时间序列。

18、在其中一个实施例中，通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定所述闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力，包括：

19、通过雨流计数算法，确定等效应力-时间序列中的应力峰值和应力谷值；

20、按照载荷时序与载荷嵌套关系，对应力峰值和应力谷值进行配对分组，根据分组结果确定闭合应力滞后环，并从闭合应力滞后环中确定微小应力滞后环；

21、根据微小应力滞后环对应的应力峰值和应力谷值，确定各微小应力滞后环构成的闭合应力循环的应力幅值和平均应力。

22、在其中一个实施例中，根据应力幅值、平均应力和所述心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险，包括：

23、根据各网格节点对应的应力幅值和疲劳极限参数的比值，确定各网格节点对应的第一风险判定系数；

24、根据各网格节点对应的平均应力和抗拉强度参数的比值，确定各网格节点对应的第二风险判定系数；

25、将所述第一风险判定系数和第二风险判定系数之和作为目标风险判定系数，并根据各网格节点对应的目标风险判定系数的倒数，确定各网格节点的疲劳安全系数；

26、根据所述疲劳安全系数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险。

27、在一个实施例中，根据所述疲劳安全系数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险，包括：

28、若网格节点对应的疲劳安全系数大于或等于安全阈值，则确定网格节点处于健康状态，不存在疲劳断裂风险；

29、若网格节点对应的疲劳安全系数小于安全阈值，则确定网格节点存在疲劳断裂风险。

30、在一个实施例中，所述心脏瓣膜支架的检测方法，还包括：

31、根据所述网格单元和所述网格节点确定几何网格拓扑结构；

32、建立疲劳安全系数与几何网格拓扑结构中各网格节点的动态索引绑定关系，并根据各网格节点绑定的疲劳安全系数，确定几何网格拓扑结构中各网格节点的填充色；

33、基于各网格节点的填充色，对绑定疲劳安全系数的几何网格拓扑结构进行色彩填充渲染，生成疲劳安全因子分布云图。

34、第二方面，本技术还提供了一种心脏瓣膜支架的检测装置，所述装置包括：

35、有限元网格模型确定模块，用于确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型；

36、原始位移时序数据确定模块，用于通过求解器，根据所述有限元网格模型依次进行支架压鞘、原位释放和血管顺应性接触的仿真求解，确定所述有限元网格模型中各网格节点对应仿真原始位移时序数据；

37、有效应力信息确定模块，用于基于所述仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据所述有效应力信息，确定目标应力-时间序列；其中，目标应力-时间序列为瞬态主应力-时间序列或等效应力-时间序列；

38、应力幅值确定模块，用于通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定所述闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力；

39、疲劳断裂风险检测模块，用于根据应力幅值、平均应力和所述心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险；所述材料力学参数包括疲劳极限参数和抗拉强度参数。

40、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

41、确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型；

42、通过求解器，根据所述有限元网格模型依次进行支架压鞘、原位释放和血管顺应性接触的仿真求解，确定所述有限元网格模型中各网格节点对应仿真原始位移时序数据；

43、基于所述仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据所述有效应力信息，确定目标应力-时间序列；其中，目标应力-时间序列为瞬态主应力-时间序列或等效应力-时间序列；

44、通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定所述闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力；

45、根据应力幅值、平均应力和所述心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险；所述材料力学参数包括疲劳极限参数和抗拉强度参数。

46、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

47、确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型；

48、通过求解器，根据所述有限元网格模型依次进行支架压鞘、原位释放和血管顺应性接触的仿真求解，确定所述有限元网格模型中各网格节点对应仿真原始位移时序数据；

49、基于所述仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据所述有效应力信息，确定目标应力-时间序列；其中，目标应力-时间序列为瞬态主应力-时间序列或等效应力-时间序列；

50、通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定所述闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力；

51、根据应力幅值、平均应力和所述心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险；所述材料力学参数包括疲劳极限参数和抗拉强度参数。

52、上述心脏瓣膜支架的检测方法、装置、计算机设备和存储介质，确定心脏瓣膜支架的有限元网格模型；通过求解器，根据有限元网格模型依次进行支架压鞘、原位释放和血管顺应性接触的仿真求解，确定有限元网格模型中各网格节点对应仿真原始位移时序数据；基于仿真原始位移时序数据确定有效应力信息，并根据有效应力信息，确定目标应力-时间序列；其中，目标应力-时间序列为瞬态主应力-时间序列或等效应力-时间序列；通过雨流计数算法，根据目标应力-时间序列，确定微小应力滞后环对应的闭合应力循环，并确定闭合应力循环对应的应力幅值和平均应力；根据应力幅值、平均应力和心脏瓣膜支架的材料力学参数，确定各网格节点是否存在疲劳断裂风险；材料力学参数包括疲劳极限参数和抗拉强度参数。解决了现有心脏瓣膜支架疲劳评估方式难以剔除仿真位移中无效刚体位移干扰，容易遗漏微小应力滞后环对应的交变载荷，无法精准计算各网格节点循环应力参数，难以全面、可靠识别心脏瓣膜支架各处疲劳断裂风险的问题。上述方案，通过构建心脏瓣膜支架有限元网格模型，完整复现支架压鞘、原位释放、血管顺应性接触全过程仿真工况，根据仿真原始位移时序求解得到纯净的目标应力-时间序列；借助雨流计数算法识别微小应力滞后环并提取对应闭合应力循环的应力幅值与平均应力，再利用goodman修正模型结合材料疲劳极限、抗拉强度参数实现全域网格节点疲劳风险判定；能够规避刚体位移带来的计算误差，充分考虑小幅交变载荷引发的疲劳损伤，避免低估支架疲劳断裂风险，实现心脏瓣膜支架全域位置疲劳性能定量、精准评估，有效提升心脏瓣膜支架的疲劳检测结果的准确性。