[發(fā)明專利]一種基于流場分布的神經(jīng)纖維續(xù)跟蹤方法

在審

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112489220A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾慶潤;馮遠靜;袁少楠;何建忠;李茂;謝雷;邱子依
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于流場分布的神經(jīng)纖維續(xù)跟蹤方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟一：建立纖維成像中體素的流場分布模型，過程如下：

將纖維束看作流束，空間內(nèi)點的流線切線即流場，計算流場系數(shù)矩陣A可以得到體素的流場分布；

步驟二：擴展流線型跟蹤算法，過程如下：

由建立的流場分布模型擴展流線型跟蹤算法，基于流場分布模型計算纖維跟蹤過程中的方向信息；

步驟三：計算纖維停止點的連續(xù)性，判斷在當(dāng)前停止點的基礎(chǔ)上是否需要繼續(xù)跟蹤，過程如下：

基于流場分布模型的方向信息，在纖維跟蹤的停止點計算當(dāng)前停止點的連續(xù)性，判斷是否繼續(xù)進行跟蹤。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于流場分布的纖維續(xù)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟一中，把纖維束作為一種流束考慮，流束可以認為是一系列流線的集合S＝{s_i，i＝1,...，n}組成，此在空間里的任意點(x,y,z)的流線切線就是流場，用流場表示神經(jīng)纖維的模型：

通過一組三元二次多項式來近似表示纖維體素的流場分布：

υ(x,y,z)＝AX(x,y,z) (2)

其中，系數(shù)矩陣A：

X(x,y,z)＝[x²,y²,z²,xy,xz,yz,x,y,z,1]^T，以下將X(x,y,z)表示為X；

在同一束纖維束中，假設(shè)水分子的擴散產(chǎn)生的位移具有連續(xù)性，根據(jù)連續(xù)不可壓縮流體理論，通過流體發(fā)散概念來描述纖維的空間連續(xù)性：

當(dāng)某一神經(jīng)纖維束的起始區(qū)域或終止區(qū)域不在當(dāng)前流場時，認為：

divΩ＝0 (5)

考慮到使流場模型最接近纖維的方向分布FOD，將系數(shù)矩陣A優(yōu)化為如下代價函數(shù)計算：

其中，Φ(v(x,y,z))是在點(x,y,z)時FOD的概率分布，取其中心體素的26鄰域體素中FOD的峰值P＝[p₁,p₂,...,p₂₆]，將其作為Φ(v(x,y,z))的近似值，將(6)簡化為：

計算得到系數(shù)A后，體素內(nèi)的任意一點的纖維方向信息用AX表示。

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于流場分布的纖維續(xù)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟二中，擴展流線型跟蹤算法：

其中s(t)表示纖維弧線，t表示體素內(nèi)軌跡上的某一點，v(t)表示該點處的切向量；

把流場分布AX作為纖維的局部方向信息，將公式(8)改為：

其中t_x、t_y、t_z為點t的三維坐標值。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于流場分布的纖維續(xù)跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟三中，計算纖維停止點的連續(xù)性，判斷在當(dāng)前停止點的基礎(chǔ)上是否需要繼續(xù)跟蹤：

在某一體素P2中，因為缺失方向信息或跟蹤超出mask區(qū)域，纖維跟蹤在點t停止，選擇點t的纖維走向來作為點t所在體素即P2的方向信息，通過公式(7)計算該體素的流場分布模型；如果該處流場不存在，那么纖維跟蹤在點t終止，設(shè)點t為終止點；如果該處流場存在，根據(jù)該點的流場分布，繼續(xù)通過公式(9)進行纖維跟蹤；纖維繼續(xù)跟蹤到下一個體素P3，如果體素P3為空即不含流場，則纖維不執(zhí)行跟蹤，纖維跟蹤在點t終止，設(shè)點t為終止點；若體素P3不為空，即存在流場，計算跟蹤得到的纖維區(qū)間段(P1、P2、P3)纖維分布的連續(xù)性，用該連續(xù)性表示點t的連續(xù)性；

通過點t所在體素P2為中心體素，計算區(qū)間段纖維分布的連續(xù)性：

其中，A為點t所在體素P2的流場系數(shù)，X為A對應(yīng)坐標系，A_pre為纖維跟蹤上一步所在體素P1的流場系數(shù)，X_pre為A_pre對應(yīng)坐標系，A_next為纖維跟蹤的下個體素P3的流場系數(shù)，X_next為A_next對應(yīng)坐標系，Γ₁為A_pre與A的相鄰面，Γ₂為A與A_next的相鄰面；

如果纖維分布的連續(xù)性高，即Con值小，可以認為在該點t滿足纖維續(xù)跟蹤條件，根據(jù)公式(9)繼續(xù)作跟蹤迭代；如果纖維分布的連續(xù)性低，即Con值大，可以認為在點t不滿足纖維續(xù)跟蹤的條件，則纖維跟蹤在點t終止，設(shè)點t為終止點。