[發(fā)明專利]心臟二尖瓣裝置的三維幾何結(jié)構(gòu)的定量分析方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110138159.6
• 申請日: 2011-05-26
• 公開（公告）號: CN102207995A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋薇;楊新;孫錕;王靜;邱俊蔚
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;A61B8/08
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種心臟二尖瓣裝置的三維幾何結(jié)構(gòu)的定量分析方法。

背景技術(shù)

實(shí)時(shí)三維超聲系統(tǒng)是當(dāng)前診斷心臟二尖瓣病變的主要診斷影像工具。然而二尖瓣三維幾何結(jié)構(gòu)和功能的評估在臨床診斷上相對有限。其一，當(dāng)前臨床上廣泛使用的參考值一般都是在二維超聲心動圖中提取的；其二，傳統(tǒng)功能指數(shù)(如左心室容積和射血分?jǐn)?shù)等)沒有充分利用三維數(shù)據(jù)提供的豐富空間信息來描述二尖瓣裝置的復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)；其三，雖然有研究表明二尖瓣瓣環(huán)的馬鞍形結(jié)構(gòu)與其運(yùn)動功能密切相關(guān)，但實(shí)際臨床診斷中大多處于粗略的形態(tài)觀測；最后，從解剖結(jié)構(gòu)和功能的完整性來看，二尖瓣裝置由二尖瓣瓣環(huán)、瓣葉、乳頭肌、腱索組成，其中乳頭肌和腱索組成二尖瓣瓣下牽拉裝置，因此有必要對二尖瓣裝置進(jìn)行相對全面的分析。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，P.Nordblom和O.Bech-Hanssen在《Echocardiography：aJournal?Of?Cardiovascular?Ultrasound?and?Allies?Technology》(超聲心動圖：心血管超聲及其相關(guān)技術(shù))(2007，24-7：665-672)的文章“Reference?Values?Describing?the?Normal?Mitral?Valveand?the?Position?ofthe?Papillary?Muscles”(“描述正常二尖瓣和乳頭肌位置的參考值”)中采用的是二維超聲圖像，其選取的參考值均是二維截面上測量的，丟失了三維空間信息，因此只適用于二維超聲儀對二尖瓣裝置的量化分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種心臟二尖瓣裝置的三維幾何結(jié)構(gòu)的定量分析方法，使得二尖瓣裝置的重建不受成像方式的影響，得到二尖瓣裝置的簡化三維模型。基于此簡化表示建立二尖瓣裝置的局部坐標(biāo)系，使其獨(dú)立于采樣探頭的位置、心臟運(yùn)動位移和受檢主體位移等影響因素，從而計(jì)算二尖瓣裝置的三維幾何結(jié)構(gòu)量化參數(shù)，描述二尖瓣裝置的結(jié)構(gòu)和功能，及其組分之間的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步、從左心尖采集的全容積三維體數(shù)據(jù)中，以人機(jī)交互的方式選取二尖瓣裝置的特征點(diǎn)，即二尖瓣瓣環(huán)的特征點(diǎn)和前后乳頭肌的特征點(diǎn)；

第二步、對二尖瓣環(huán)的特征點(diǎn)進(jìn)行排序后，用非均勻三次B樣條曲線擬合二尖瓣環(huán)，從而與前后乳頭肌特征點(diǎn)組成二尖瓣裝置的三維簡化模型；

第三步、根據(jù)二尖瓣瓣環(huán)的點(diǎn)列建立二尖瓣裝置局部坐標(biāo)系；

第四步、在二尖瓣裝置局部坐標(biāo)下，計(jì)算二尖瓣裝置的三維幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，并用體表面積對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；

第五步、將標(biāo)準(zhǔn)化的三維幾何參數(shù)作為輸入，基于支持向量機(jī)的分類系統(tǒng)區(qū)分各類瓣膜裝置病變組與正常組，實(shí)現(xiàn)定量分析。

所述的人機(jī)交互方式選取二尖瓣裝置的特征點(diǎn)，是指：在一個(gè)心動周期內(nèi)的任一幀，分別選取能清楚觀察到二尖瓣的長軸和短軸方向各5切片，在每個(gè)切面上選取2個(gè)二尖瓣瓣環(huán)的特征點(diǎn)，這樣得到二尖瓣瓣環(huán)特征點(diǎn)20個(gè)；乳頭肌的特征點(diǎn)是乳頭肌對腱索根部的作用點(diǎn)的中心點(diǎn)，在能觀察到前后乳頭肌頂點(diǎn)的5個(gè)切片上，選取前后乳頭肌作用點(diǎn)，然后求其平均得到作用中心點(diǎn)，即乳頭肌特征點(diǎn)。

所述的排序是指：

a)計(jì)算瓣環(huán)特征點(diǎn){P_i}，i＝1，2，...，N的質(zhì)心

b)將{P_i}和P_o投影到XOY平面上，得到相應(yīng)的和i＝1，2，...，N；

c)計(jì)算關(guān)于的投影角度i＝1，2，...，N；

d)根據(jù)投影角度升序或者降序排列{P_i}得到新序列{P′_i}；

如此得到三維首尾相連的閉合特征點(diǎn)序列{P′_i}，i＝1，2，...，N，將其作為型值點(diǎn)，基于非均勻三次B樣條擬合二尖瓣瓣環(huán)，構(gòu)造的三次B樣條擬合曲線只與前后4個(gè)約束點(diǎn)P′_i-1，P′_i，P′_i+1，P′_i+2有關(guān)，保持邊緣特征的獨(dú)立性。

所述的二尖瓣裝置局部坐標(biāo)系是根據(jù)擬合的二尖瓣環(huán)求得二次最優(yōu)擬合平面，作為二尖瓣裝置局部坐標(biāo)系的參考平面，通過最優(yōu)擬合平面通過最小化：

求得，其中：A，B，C為平面f(x，y，z)＝z-Ax-By-C＝0的系數(shù)，這樣得到的最優(yōu)參考平面為二尖瓣裝置的局部坐標(biāo)系的XOY平面，垂直于此平面的法向?yàn)閆軸。