[發(fā)明專利]一種人體冠狀動脈血管的遞推建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910273530.2
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101901498A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張?zhí)煨?/a>;鄧覲鵬;孫祥平;肖晶;黎云;曹治國;桑農(nóng);王國鑄;王芳
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理與醫(yī)學(xué)成像的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種人體冠狀動脈血管的遞推建模方法。

背景技術(shù)

國內(nèi)外在人體心血管建模這方面做的不是很深入，最常用到的一個冠狀動脈血管模型是Dodge依據(jù)很多個病人的造影圖像重建得到的冠狀動脈三維結(jié)構(gòu)，建立一個具有共性的冠狀動脈血管模型。但是它是一個靜態(tài)的模型，而且只考慮到了不同個體冠狀動脈的共性，不能表達(dá)個體的特異性。至于在動態(tài)冠狀動脈建模方面，也并未明確強(qiáng)調(diào)模型的建立，其主要是通過從醫(yī)學(xué)圖像(如X射線造影圖)序列中提取出血管的運(yùn)動信息，再將該信息作為可變模型的約束條件，并作用于被初始化的三維靜態(tài)冠狀動脈樹使之發(fā)生形變，在一定程度下可以理解為動態(tài)血管模型。但由于它受到所選取醫(yī)學(xué)圖像的限制，因而僅能反映出個體的特異性，而不能代表共性。顯然，如何建立既具有共性又具有個性的冠狀動脈血管模型是一個難題。

另外，國外也有人做過心臟動態(tài)模型的研究，且以雙心室建模較為常見。一般做法是，根據(jù)心臟的電生理學(xué)建立心臟的電生理方程，利用心臟的心肌模型，通過電傳導(dǎo)建立心臟的運(yùn)動。但是由于很難直接得到人體的心臟的心肌模型，大部分這種心臟動態(tài)模型都是通過一些動物(如狗等)的數(shù)據(jù)建立的，不能表達(dá)人體冠狀動脈血管的特殊性，更不能滿足指導(dǎo)X射線血管造影三維重建的醫(yī)學(xué)成像診斷需求。

申請人于2008年5月28日提交了“動態(tài)模型指導(dǎo)下的血管造影三維重建方法”中國專利文獻(xiàn)(公開號為CN101301207A，公開日為2008年11月12日)。該方法通過對提取的每層心臟切片輪廓采樣，獲取心臟表面的三維采樣點(diǎn)，再利用B樣條對這些采樣點(diǎn)進(jìn)行曲面擬合，建立心臟三維靜態(tài)模型。而之后在建立心臟動態(tài)模型時只考慮到腔室表面法向的運(yùn)動，未考慮切向運(yùn)動，這便導(dǎo)致了在心臟動態(tài)模型基礎(chǔ)上建立起來的冠狀動脈血管三維動態(tài)模型也存在著同樣運(yùn)動信息不準(zhǔn)的缺陷，進(jìn)而影響到血管造影三維重建的效果。此外，在冠狀動脈血管模型更新部分的差異性判據(jù)僅利用到個體與個體之間對應(yīng)血管間的平均距離，而未結(jié)合個體在生理坐標(biāo)系下的分布情況，所以，在有些情況下，并不能準(zhǔn)確的反映出實(shí)際差異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種人體冠狀動脈血管的遞推建模方法，利用該方法可以得到一個更加接近人體生理實(shí)際的動態(tài)的冠狀動脈血管模型。

本發(fā)明提供的人體冠狀動脈血管的遞推建模方法，該方法包括下述步驟：

第1步建立冠狀動脈血管三維靜態(tài)模型，其過程為：

(1.1)提取冠狀動脈血管切片輪廓；

(1.2)提取冠狀動脈血管的中軸點(diǎn)與半徑，中軸點(diǎn)為冠狀動脈血管切片輪廓的形心，同時假設(shè)冠狀動脈為圓形，冠狀動脈血管的半徑為輪廓的內(nèi)切圓半徑；

(1.3)重建冠狀動脈血管三維骨架模型：把步驟(1.2)提取的冠狀動脈血管各個分支的中軸點(diǎn)用B樣條曲線進(jìn)行擬合得到冠狀動脈血管三維骨架模型，即初始時刻下的冠狀動脈血管中軸三維靜態(tài)模型；

(1.4)構(gòu)建帶半徑的冠狀動脈三維模型：在所述的冠狀動脈血管三維骨架模型上使用廣義圓柱模型加入半徑信息，建立帶半徑的冠狀動脈三維模型，即冠狀動脈血管三維靜態(tài)模型；

第2步建立冠狀動脈血管三維動態(tài)模型，其過程為：

(2.1)建立冠狀動脈血管中軸三維動態(tài)模型：

利用冠狀動脈血管與心包的附著關(guān)系，將心包動態(tài)模型的運(yùn)動信息轉(zhuǎn)化為冠狀動脈血管的運(yùn)動信息，該運(yùn)動信息包括法向運(yùn)動矢量和切向運(yùn)動矢量；在冠狀動脈血管中軸取等間隔的點(diǎn)作為冠狀動脈血管取樣點(diǎn)，在冠狀動脈血管取樣點(diǎn)上添加冠狀動脈血管的運(yùn)動信息，以建立心動周期的七個階段內(nèi)的運(yùn)動模型，得到它們在整個心臟周期的運(yùn)動模型；然后對這些取樣點(diǎn)在同一時刻的位置進(jìn)行B樣條曲線擬合得到對應(yīng)于每一時刻的冠狀動脈血管中軸三維靜態(tài)模型，一個周期中所有時刻的冠狀動脈血管中軸三維靜態(tài)模型組成冠狀動脈血管中軸三維動態(tài)模型；

(2.2)在冠狀動脈血管中軸三維動態(tài)模型上加半徑信息，得到冠狀動脈血管三維動態(tài)模型；

第3步利用從不同個體的單臂X射線造影圖像重建得到的三維冠狀動脈血管樹，補(bǔ)充和更新冠狀動脈血管三維動態(tài)模型，其過程為：

(3.1)利用單臂X射線造影圖像，構(gòu)建造影系統(tǒng)世界中心坐標(biāo)系下的不同個體的三維冠狀動脈血管樹；在重建得到的三維冠狀動脈血管樹中找到與冠狀動脈血管中軸三維靜態(tài)模型中血管對應(yīng)的血管段為參考血管段；

(3.2)對重建的三維冠狀動脈血管樹進(jìn)行空間變換，計算變換后的參考血管段與其在冠狀動脈血管中軸三維靜態(tài)模型中的對應(yīng)血管段的平均距離，當(dāng)該距離最小時得到最佳變換矩陣；