[發明專利]完整人體體外呼吸道建立方法及系統

有效

• 申請號: 202010773496.1
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN112006772B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 段夢婕;劉荔
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.一種完整人體體外呼吸道建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

對多個目標個體呼吸系統進行斷層掃描，采集所述多個目標個體的呼吸系統影像數據；

根據所述多個目標個體的呼吸系統影像數據還原得到呼吸系統三維數據；

以所述呼吸系統三維數據中呼吸道中心線末端節點空間位置作標為基礎，基于理論呼吸道模型得到的形態學數據信息，通過空間三維坐標平移和旋轉變換公式得到理論呼吸道空間；以及

根據所述理論呼吸道空間基于預設的呼吸道迭代生長算法識別原始呼吸道空間幾何形態，建立人體的完整呼吸道結構；其中，所述迭代生長算法通過“呼吸系統三維數據還原”輸出目標個體的前7級呼吸道模型構建7級二叉樹結構，識別前7級呼吸道中心線最末端節點，形成初始遞歸參數；對比末端節點所在的呼吸道直徑與理論模型各級呼吸道直徑，判斷耦合理論模型的初始計算級數；以每個呼吸道分支節點為根節點，通過“理論呼吸道空間生長”算法計算理論模型各級呼吸道中心線末端節點。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集所述多個目標個體的呼吸系統影像數據，包括：

基于人體不同組織對X線的吸收率與透過率的不同的特性，獲得多個由黑到白不同灰度按矩陣排列的像素點，生成測量數據；

對所述測量數據進行處理，以顯示人體呼吸系統的軸位、冠狀位和矢狀位的斷面影像，得到個體器官的原始二維影像數據，以顯示出多種因素影像下目標人群呼吸系統解剖學結構差異。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述多個目標個體的呼吸系統影像數據還原得到呼吸系統三維數據，包括：

分別基于鼻腔、口咽、呼吸道及肺部灰度值的判定閾值范圍，并通過醫學影像分割算法分割處理，及對軸狀、冠狀、矢狀三個視窗斷層影像數據人工逐層細化處理，以獲得去除背景噪聲和冗余器官組織結構干擾后的呼吸系統二維影像數據；

基于所述呼吸系統二維影像數據和移動立方的三維重建算法生成目標區域的三維實心模型。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據所述多個目標個體的呼吸系統影像數據還原得到呼吸系統三維數據，進一步包括：

通過有限元法將各級呼吸道中心線分割多個節點，提取各節點的切向、法向、次法向的方向空間位置信息，生成呼吸系統三維形態學參數數據集；

通過數據抓取及清洗算法，對無序呼吸道形態學參數進行深度挖掘，計算各級呼吸道數據，形成用于體外呼吸道迭代的目標個體的前7級呼吸道三維空間結構數據集。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述空間三維坐標平移和旋轉變換公式為：

其中，空間點A(x,y,z)變換后的作標為A'(x',y',z')，x，y，z分別為三個坐標軸，γ為平移變換矩陣繞z軸旋轉的角度，α為平移變換矩陣繞x軸旋轉的角度，β為平移變換矩陣繞y軸旋轉的角度。

6.一種完整人體體外呼吸道建立系統，其特征在于，包括：

數據采集模塊，用于對多個目標個體呼吸系統進行斷層掃描，采集所述多個目標個體的呼吸系統影像數據；

三維數據還原模塊，用于根據所述多個目標個體的呼吸系統影像數據還原得到呼吸系統三維數據；

空間生長模塊，用于以所述呼吸系統三維數據中呼吸道中心線末端節點空間位置作標為基礎，基于理論呼吸道模型得到的形態學數據信息，通過空間三維坐標平移和旋轉變換公式得到理論呼吸道空間；以及

迭代生長模塊，用于根據所述理論呼吸道空間基于預設的呼吸道迭代生長算法識別原始呼吸道空間幾何形態，建立人體的完整呼吸道結構；其中，所述迭代生長算法通過“呼吸系統三維數據還原”輸出目標個體的前7級呼吸道模型構建7級二叉樹結構，識別前7級呼吸道中心線最末端節點，形成初始遞歸參數；對比末端節點所在的呼吸道直徑與理論模型各級呼吸道直徑，判斷耦合理論模型的初始計算級數；以每個呼吸道分支節點為根節點，通過“理論呼吸道空間生長”算法計算理論模型各級呼吸道中心線末端節點。