[發(fā)明專利]一種基于面片模型的X射線圖像模擬方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910068600.4
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109872395B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張抒揚;郝愛民;謝洪智;李帥;韓業(yè)晨;王朔;楊絮飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院;北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T15/06;G06T15/50
• 代理公司: 北京慧尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11743
• 代理人: 吳迪;吉海蓮

本發(fā)明公開了一種基于面片模型的X射線圖像模擬方法，涉及醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，包含以下步驟：從CT圖像中分割獲得各器官的三角面片模型；對各器官的模型的正向面深度圖和背向面深度圖進行順序無關(guān)的融混操作，獲得器官模型各投影位置處的厚度值；對每一器官模型使用朗伯?比爾定律模擬X射線的能量衰減；對多個器官的X射線圖像進行深度融合；對融合后的X射線圖像加入噪聲。本技術(shù)方案更加準確的進行介入手術(shù)的模擬，提高虛擬訓練和預(yù)演的真實性；使用順序無關(guān)的透明技術(shù)完成融混操作，解決了幾何體可能存在自交叉導致無法完成排序的問題；有效地還原X射線透過人體時發(fā)生的衰減；使用光線投射算法，解決了多個器官模型進行深度排序的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于面片模型的X射線圖像模擬方法。

背景技術(shù)

心血管疾病是全球死亡的主要原因之一。其中，心臟冠狀動脈疾病在冠狀動脈中形成斑塊，嚴重威脅人類的生命健康。經(jīng)皮冠狀動脈介入手術(shù)是治療心血管疾病有效技術(shù)，其主要過程是：在X光的引導下，醫(yī)生經(jīng)過穿刺體表血管將導絲送入人股動脈，導絲經(jīng)由股動脈，沿動脈逆行進入主動脈，進入到冠狀動脈血管網(wǎng)中，醫(yī)生接著通過特定的心臟導管操作技術(shù)對冠狀動脈柱塞等進行確診和治療。

經(jīng)皮冠狀動脈介入手術(shù)是一個微創(chuàng)手術(shù)，手術(shù)操作過程精細和復雜，因此需要手術(shù)操作者具有高超的技巧和豐富的經(jīng)驗。為了培訓醫(yī)生和/或醫(yī)學生的手術(shù)操作技巧并對該手術(shù)過程進行預(yù)演和規(guī)劃，出現(xiàn)了針對經(jīng)皮冠狀動脈介入手術(shù)練習的血管介入模擬器。

現(xiàn)有技術(shù)中的血管介入模擬器，模擬影像中的幾何體可能存在自交叉導致無法完成排序的問題，也未能實現(xiàn)影像設(shè)備透過人體時發(fā)生的衰減，此外，現(xiàn)有的血管介入模擬器無法解決多個器官模型進行深度排序的問題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的血管介入模擬器雖然能夠為培訓醫(yī)生和/或醫(yī)學生的手術(shù)操作技巧并對該手術(shù)過程進行預(yù)演和規(guī)劃，但隨著醫(yī)學快速發(fā)展，如何有效地解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，并提升進行皮冠狀動脈介入手術(shù)的模擬過程的準確性，及虛擬訓練和預(yù)演的真實性等技術(shù)問題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供一種基于面片模型的X射線圖像模擬方法。

一種基于面片模型的X射線圖像模擬方法，包含以下步驟：

從CT圖像中分割獲取各器官的三角面片模型；

對各器官的模型的正向面深度圖和背向面深度圖進行順序無關(guān)的融混操作，獲得器官模型各投影位置處的厚度值；

對每一器官模型使用朗伯-比爾定律模擬X射線的能量衰減；

對多個器官的X射線圖像進行深度融合；

對融合后的X射線圖像加入噪聲。

所述從CT圖像中分割獲取各器官的三角面片模型包含以下步驟：

針對不同器官的特點，使用不同的圖像分割算法進行器官模型的三維重建；

器官模型使用三角網(wǎng)格進行存儲。

所述對器官模型的正向面深度圖和背向面深度圖進行順序無關(guān)的融混操作包含以下步驟：

以射線源所在位置為相機位置，光線發(fā)射方向為觀察方向進行相機參數(shù)設(shè)置；

將世界視點投影矩陣傳入頂點著色程序中，并在其中計算每個點的投影坐標，投影坐標的Z值即為深度值；

在片段著色程序中將深度值進行歸一化，再將深度值賦給顏色值，剔除深度值較大的片段，獲得場景的正向面深度圖；

剔除深度值較小的片段，獲得場景的背向面深度圖；

將兩張深度圖上的數(shù)據(jù)進行順序無關(guān)的融混操作，得到的值就是器官模型對應(yīng)投影位置處的厚度值。