[發(fā)明專利]一種基于超聲成像構(gòu)建三維心臟模型的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911069586.6
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110807829B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張東海;王寧
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州蔡卓醫(yī)療設(shè)備有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/13;G06T7/11;G06T5/00;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 上海宏京知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31297
• 代理人: 李倩倩

本發(fā)明提供了一種基于超聲成像構(gòu)建三維心臟模型的方法。首先對超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后采用改進(jìn)的全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像分割和邊緣輪廓特征提取，以及采用PTAM算法進(jìn)行心臟超聲圖像特征點(diǎn)的檢測和匹配以及構(gòu)建心臟的三維模型，最后實(shí)現(xiàn)三維心臟模型的可視化。本發(fā)明提供的方法圖像分割效果精細(xì)、特征提取精度較高、模型重建速度快、所建三維心臟模型的準(zhǔn)確率較高。本發(fā)明所構(gòu)建的三維心臟超聲模型可以在三維空間中任意移動、旋轉(zhuǎn)、縮放，從而觀察心臟各組織結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，從而獲得比心臟超聲二維圖像更多的診斷信息，具有巨大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲圖像的三維建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲成像構(gòu)建三維心臟模型的方法。

背景技術(shù)

心血管疾病是全世界發(fā)病率和死亡率最高的疾病，對生命健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。而對該疾病的早期發(fā)現(xiàn)以及對診斷過程中無創(chuàng)性的要求一直是醫(yī)學(xué)界的一個難題。心臟是人體循環(huán)系統(tǒng)的主要器官，是集電生理學(xué)、動力學(xué)、血液流體力學(xué)等于一身的極其復(fù)雜的綜合系統(tǒng)。

心臟疾病的診斷和仿真不斷被深入研究，早期的研究主要集中于心臟逆問題上，通過已有的超聲數(shù)據(jù)來分析和研究心臟疾病產(chǎn)生原因以及病情發(fā)展。而現(xiàn)在的研究重點(diǎn)主要集中在心臟正問題上，通過三維心臟建模將真實(shí)的心臟的生理學(xué)和物理學(xué)特性轉(zhuǎn)化為一種三維數(shù)學(xué)模型，使被檢查的心臟結(jié)構(gòu)顯示為三維效果立體圖像，從而獲得比二維圖像更多的診斷信息。

基于超聲的三維立體模型在心血管方面的應(yīng)用，主要是對心臟的整體性結(jié)構(gòu)和功能性結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，提供內(nèi)部結(jié)構(gòu)、血流變化、瓣膜顯示，并且能夠?qū)崟r的跟蹤整個心臟周期組織的變化情況等，在心血管疾病的定性和診斷方面起到了重要作用，對心血管疾病的前期預(yù)防和治療具有很大的應(yīng)用前景。

申請?zhí)枮镃N200610077079.3的發(fā)明專利公開了一種使用超聲輪廓重建進(jìn)行三維心臟成像的軟件產(chǎn)品，主要采用手動輸入在一個或多個超聲圖像中標(biāo)記涉及解剖結(jié)構(gòu)的特征的感興趣輪廓，并基于該感興趣輪廓和所測得的位置和方向坐標(biāo)構(gòu)造該解剖結(jié)構(gòu)的3D模型，但是該方法需要手動輪廓提取，需要耗費(fèi)大量的人力和時間，在推廣上受到了一定的限制。

申請?zhí)枮镃N201910177198.3的發(fā)明專利中公開了一種三維模型構(gòu)建方法、裝置及系統(tǒng)，通過將消融導(dǎo)管介入心臟內(nèi)腔，定位貼靠心臟內(nèi)壁的消融導(dǎo)管位置，能夠準(zhǔn)確獲取到心臟內(nèi)部輪廓，以此構(gòu)建心臟三維模型，但是該方法操作復(fù)雜，還需要消融導(dǎo)管的內(nèi)置介入，不能滿足無創(chuàng)性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲成像構(gòu)建三維心臟模型的方法。首先對超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后采用改進(jìn)的全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像分割和邊緣輪廓特征提取，以及采用PTAM算法進(jìn)行心臟超聲圖像特征點(diǎn)的檢測和匹配以及構(gòu)建心臟的三維模型，最后實(shí)現(xiàn)三維心臟模型的可視化。本發(fā)明所構(gòu)建的三維心臟超聲模型可以在三維空間中任意移動、旋轉(zhuǎn)、縮放，從而觀察心臟各組織結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，從而獲得比心臟超聲二維圖像更多的診斷信息，具有巨大的應(yīng)用價值。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于超聲成像構(gòu)建三維心臟模型的方法，包括如下步驟：

S1、超聲圖像預(yù)處理：導(dǎo)入心臟超聲圖像數(shù)據(jù)集，對數(shù)據(jù)集進(jìn)行特征點(diǎn)重標(biāo)定處理，然后分離心臟各個部位的數(shù)據(jù)集，針對每個數(shù)據(jù)集進(jìn)行去除超聲斑紋噪聲處理；

S2、圖像分割和邊緣輪廓特征提取；

S3、心臟模型三維重建：進(jìn)行心臟各部位的三維建模，然后將構(gòu)建的單個心臟部位模型進(jìn)行合成處理，構(gòu)建完整的心臟三維模型；

S4、三維心臟模型的可視化。

優(yōu)選的，在步驟S1中，所述數(shù)據(jù)集分為左心房數(shù)據(jù)集、左心室數(shù)據(jù)集、右心房數(shù)據(jù)集、右心室數(shù)據(jù)集、竇房結(jié)數(shù)據(jù)集、房室結(jié)數(shù)據(jù)集、主動脈數(shù)據(jù)集、肺動脈數(shù)據(jù)集、肺靜脈數(shù)據(jù)集、上下腔靜脈數(shù)據(jù)集。