本发明属于心脏外科临床医学领域，尤其涉及一种心脏模型对结构性心脏病手术进行模拟与评估的方法。
背景技术：
近年来3d打印技术在结构性心脏病领域已有广泛的应用，国外已有大量有关3d打印技术应用于结构性心脏病的诊断和治疗实例，相比于传统的影像诊断方法，3d打印心脏模型能够更直观地显示解剖结构，基于患者本人的3d打印心脏模型供医生术前参考、研究，那么就可以有很清晰的解剖认识，外科医生还可以在心脏模型上面进行模拟手术，根据模拟手术的效果制定出合适的手术方案。
当前影像技术难以为外科医生提供精准心血管解剖及3d血流动力学信息的问题，以往外科医生根据当前影像资料下判断缺乏准确立体结构的缺点，要进行诊断不明的探查性手术，或者会出现术中所见与术前判断不符所致的手术方案变更甚至无法手术的情况。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种心脏模型对结构性心脏病手术进行模拟与评估的方法，旨在提高结构性心脏病的诊断效果和手术成功率，降低手术风险，结合数字化病例库及3d打印技术，建立病例模型库，弥补医学院校结构性心脏病实体标本匮乏的现状，在此基础上配套术前手术方案设计、模拟手术操作及效果评估平台，将该技术应用于医生培训、教学方面，并通过个体标本打印，应用于健康教育及医患沟通。
本发明所述的一种心脏模型对结构性心脏病手术进行模拟与评估的方法，其步骤为：
步骤1、运用医疗检测仪器采集结构性心脏病患者的ct影像数据，保存为dicom格式；
步骤2、将步骤1中得到的患者的ct影像数据导入到mimics软件中识别并保存，生成计算机识别的.mcs文件；
步骤3、在mimics中提取出心脏组织的数据，建立心脏的三维数字模型，并将其转化成3d打印系统可识别的stl格式文件；
步骤4、将步骤3处理好的文件导入光固化打印机sla中，同时在打印材料中加入造影剂，打印出心脏3d模型；
步骤5、心脏外科手术医生基于步骤4生成的心脏3d模型进行手术方案的设计论证；
步骤6、根据步骤5中论证过的手术方案进行实际的模拟手术，将植入体或者修补体按照预手术方案中的操作路径和步骤，精确实施模拟手术；
步骤7、对步骤6中模拟手术后的心脏模型进行ct扫描，得到心脏模型的ct影像数据；
步骤8、将步骤7中得到的影像数据输入到专业的软件中进行血流动力学仿真模拟；
步骤9、根据步骤8中的血流动力学仿真模拟数据对模拟手术效果和可行性进行评估，优化手术方案。
进一步地，所述步骤1具体包括：
提取患者医学影像数据采用增强ct扫描，从静脉注入含碘造影剂，同时对患者心脏进行ct薄层扫描，获得更好的患者医学影像数据，同时将患者的数据保存为dicom格式。
进一步地，所述步骤2中，所述识别过程是通过mimics软件从所收集的带有完整的胸部医学影像数据的ct影像数据中将心脏的数据提取出来，其他部位要通过mimics软件进行去除。
进一步地，步骤3中，所述建立心脏的三维数字模型的步骤具体包括：
步骤31、点击mimics软件中的drawprofileline指令跨过心脏画一条剖面线，并以此为基础定义阈值范围；
步骤32、点击startthresholding调节阈值的范围，观察覆盖的情况以确定选取了整个心脏组织；
步骤33、使用cropmask将分割的区域限制在心脏组织周围；
步骤34、利用区域生长（regiongrowing）和动态区域生长（dynamicregiongrowing）的方法将离散的体素从心脏组织去除，用手动编辑（edit）的方法去除心脏组织以外的部分，完成心脏组织的提取；
步骤35、用calculate3d工具生成3d数字模型，使用smoothing工具对模型进行光滑处理，形成stl格式的文件。
进一步地，所述步骤4采用polyjet3d打印技术，所用的造影剂不与光敏树脂反应，同时将两者进行充分的混合，所述打印材料是tangoplus光敏树脂材料，按照比例为1：1进行打印。
进一步地，所述打印的心脏3d模型全方位的展示病变的视角及其与周边组织的关系。
进一步地，所述步骤7具体是先将实施完模拟手术后的心脏模型缝合好，放入ct扫描仪中进行扫描，将扫描得到的ct影像数据保存为dicom格式的文件。
进一步地，所述步骤8具体包括步骤：
步骤81、将模拟手术后的心脏模型扫描后的ct数据输入到mimics中进行心脏模型的三维重建，并且对模型表面进行面网格划分，同时将模块数据保存为stl格式；
步骤82、将步骤81中的stl文件输入到icemcfd网格划分软件中将mimics中的面网格划分转化成体网格划分；
步骤83、在基于有限体积法仿真的软件cfx中设置瞬态分析的模拟类型、建立一个层流模型的求解域、设置好边界条件、建立求解控制；
步骤84、对已经设置好的模型根在cfx求解器进行数值求解，包括血管内压力、剪切应力、流速的数值求解；
步骤85、运用合适的可视化技术将变量显示出来。
相比现有技术，本发明借助3d打印技术和计算机仿真模拟，医生得以直观的观察患者的心脏解剖结构，确定适合的手术方案，根据手术方案可以在实体的心脏模型上面进行模拟手术，同时根据血流动力学仿真模拟的数据对模拟手术的效果进行评估，优化手术方案，为实际的手术找到一条最佳的途径，大大降低了手术的风险，增进了医患之间的沟通，还未临床培训教学带来了便利，为医学生的实践提供了一种简洁有效的培训手段，提高实践教学的质量。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,现对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
一种心脏模型对结构性心脏病手术进行模拟与评估的方法，其步骤为：
步骤1、运用医疗检测仪器采集结构性心脏病患者的ct影像数据，保存为dicom格式；
步骤2、将步骤1中得到的患者的ct影像数据导入到mimics软件中识别并保存，生成计算机识别的.mcs文件；
步骤3、在mimics中提取出心脏组织的数据，建立心脏的三维数字模型，并将其转化成3d打印系统可识别的stl格式文件；
步骤4、将步骤3处理好的文件导入光固化打印机sla中，同时在打印材料中加入造影剂，打印出心脏3d模型；
步骤5、心脏外科手术医生基于步骤4生成的心脏3d模型进行手术方案的设计论证；
步骤6、根据步骤5中论证过的手术方案进行实际的模拟手术，将植入体或者修补体按照预手术方案中的操作路径和步骤，精确实施模拟手术；
步骤7、对步骤6中模拟手术后的心脏模型进行ct扫描，得到心脏模型的ct影像数据；
步骤8、将步骤7中得到的影像数据输入到专业的软件中进行血流动力学仿真模拟；
步骤9、根据步骤8中的血流动力学仿真模拟数据对模拟手术效果和可行性进行评估，优化手术方案。
具体而言，所述步骤1具体包括：
提取患者医学影像数据采用增强ct扫描，从静脉注入含碘造影剂，同时对患者心脏进行ct薄层扫描，获得更好的患者医学影像数据，同时将患者的数据保存为dicom格式。
具体而言，所述步骤2中，所述识别过程是通过mimics软件从所收集的带有完整的胸部医学影像数据的ct影像数据中将心脏的数据提取出来，其他部位要通过mimics软件进行去除。
具体而言，步骤3中，所述建立心脏的三维数字模型的步骤具体包括：
步骤31、点击mimics软件中的drawprofileline指令跨过心脏画一条剖面线，并以此为基础定义阈值范围；
步骤32、点击startthresholding调节阈值的范围，观察覆盖的情况以确定选取了整个心脏组织；
步骤33、使用cropmask将分割的区域限制在心脏组织周围；
步骤34、利用区域生长（regiongrowing）和动态区域生长（dynamicregiongrowing）的方法将离散的体素从心脏组织去除，用手动编辑（edit）的方法去除心脏组织以外的部分，完成心脏组织的提取；
步骤35、用calculate3d工具生成3d数字模型，使用smoothing工具对模型进行光滑处理，形成stl格式的文件。
具体而言，所述步骤4采用polyjet3d打印技术，所用的造影剂不与光敏树脂反应，同时将两者进行充分的混合，所述打印材料是tangoplus光敏树脂材料，按照比例为1：1进行打印。
具体而言，所述打印的心脏3d模型全方位的展示病变的视角及其与周边组织的关系。
具体而言，所述步骤7具体是先将实施完模拟手术后的心脏模型缝合好，放入ct扫描仪中进行扫描，将扫描得到的ct影像数据保存为dicom格式的文件。
具体而言，所述步骤8具体包括步骤：
步骤81、将模拟手术后的心脏模型扫描后的ct数据输入到mimics中进行心脏模型的三维重建，并且对模型表面进行面网格划分，同时将模块数据保存为stl格式；
步骤82、将步骤81中的stl文件输入到icemcfd网格划分软件中将mimics中的面网格划分转化成体网格划分；
步骤83、在基于有限体积法仿真的软件cfx中设置瞬态分析的模拟类型、建立一个层流模型的求解域、设置好边界条件、建立求解控制；
步骤84、对已经设置好的模型根在cfx求解器进行数值求解，包括血管内压力、剪切应力、流速的数值求解；
步骤85、运用合适的可视化技术将变量显示出来。
本发明采用icemcfd软件进行网格划分，建立几何模型和选择单元类型以后，就应基于几何模型进行网格划分，分网的工作量大，需要考虑的问题很多，网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一，特别是对于复杂的问题，网格生成极为耗时且极易出错，因此网格的质量和形式将直接影响结果精度和速度，icemcfd有强大的几何模型创建和修改的功能，可以轻易的检测出修补几何模型中存在的缝隙和漏洞，同时它可以自动忽略几何模型中的缺陷及多余的细小特征，而且它可以自动进行体网格划分，划分的体网格更加的精确有效。
本发明选用的材料是tangoplus光敏树脂材料，一种类橡胶半透明材料，为了让外科医生更好的进行模拟手术，所选用的材料的力学性能要接近心脏的真实情况，tangoplus光敏树脂材料具有良好的弹性和韧性，可以很好的进行心脏模拟实验,同时按照比例1：1进行打印。
本发明血流动力学仿真技术中采用的可视化技术是用云图的方式将变量显示出来。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。