[發明專利]一種基于稀疏主成分分析的心臟軟組織三維重建方法

有效

• 申請號: 201711131208.7
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107909653B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 劉珊;楊波;鄭文鋒;曹婷婷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T17/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于稀疏主成分分析的心臟軟組織三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、從立體內窺鏡系統獲取跳動心臟表面的多幀圖像作為歷史圖像數據；

(2)、利用傳統的高復雜度薄板樣條模型TPS提取歷史圖像數據中感興趣區域的三維歷史形態數據；

(3)、對提取的三維歷史形態數據進行零均值化處理，得到標準三維歷史形態數據矩陣S；

(4)、利用稀疏主成分分析算法提取標準三維歷史形態數據矩陣S的稀疏主成分

(4.1)、對標準三維歷史形態數據矩陣S進行奇異值分解，即S＝UΣV^T,其中，U是由正交列組成的N×N正交矩陣，Σ是N×L的對角矩陣，對角線上是S的奇異值并且從大到小排列，V是L×L的正交矩陣；

(4.2)、選取V矩陣的前n個列向量，組成稀疏加載向量V_L×n，V_L×n＝[α₁,…α_n]，α_n表示V的第n個列向量；

(4.3)、根據稀疏加載向量V_L×n＝[α₁,…α_n]，建立優化目標函數：其中，j＝1,2,…,n,β_j為待優化的目標向量，||β_j||₁是β_j的1-范數，||β_j||²＝trace(β_jβ_j^T)，即矩陣的主對角線上各個元素的總和，λ、λ₁均為一個正常數；

(4.4)、給定β_j的初始值，然后迭代更新優化目標函數得到最小化后的再根據計算新的稀疏加載項的n個列向量其中，則組成的新的稀疏加載項為從而獲得最終的稀疏主成分為具體過程如下：

(4.4.1)、利用(4.2)中得到的稀疏加載向量V_L×n＝[α₁,…α_n]，優化目標函數

(4.4.2)、對于給定的β_j的初始值，對上式進行計算得到新的新的稀疏加載向量為其中，則組成的新的稀疏加載項為

(4.4.3)、重復步驟(4.4.1)和(4.4.2)，直到

(4.4.4)、輸出最終的稀疏主成分

(5)、利用提取的稀疏主成分實現心臟軟組織的三維重建

(5.1)、建立新的低維形態模型

其中，q₀是位置參數，w是各主成分的加權系數，表示平均姿態；

(5.2)、通過立體視覺匹配法確定該模型中的參數，使模型輸出3N維的列向量即為重建的心臟軟組織目標區域的N個三維坐標點，從而重現心臟軟組織目標區域的三維形態。

2.根據權利要求1所述的基于稀疏主成分分析的心臟軟組織三維重建方法，其特征在于，所述的步驟(4.2)中，選取V矩陣的前n個列向量的方法為：

先根據奇異值計算信噪比：然后選取γ＞20dB的前n個最大奇異值，根據這n個最大奇異值找出對應的V矩陣的前n個列向量，即V_N×n。