[發明專利]一種腎臟內微細管道3D重構方法

有效

• 申請號: 202110255068.4
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN112967382B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 陶珊珊;程強強;程東方;夏桂鎖;于潤橋;胡博
• 申請（專利權）人: 江西省兒童醫院;南昌航空大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/00;G06T7/10;G06T7/136
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

1.一種腎臟內微細管道3D重構方法，其特征在于，包括：

管道提取：采用連續門限分割算法，從腎臟CT圖像中分割出腎內管道圖像；

管道細化：采用能量驅動中心線的提取方法，提取腎內管道圖像的骨架，并建立管道三維拓撲模型；

管道修補：在管道三維拓撲模型上，通過插值方法，對腎內管道中某些位置部分缺失的管道進行修補；且通過分形理論，對腎內管道中某些位置全部缺失的管道進行修補；

所述通過分形理論，對腎內管道中某些位置全部缺失的管道進行修補，具體包括：

建立管道三維拓撲模型的樹狀層次結構；

根據樹狀層次結構，提取主管道模型數據；

根據樹狀層次結構，定位管道信息全部缺失的部位；

采用非局部自相似方法，對管道進行修補；

所述建立管道三維拓撲模型的樹狀層次結構，具體包括：

采用剖分閾值法，對管道三維拓撲模型的數據進行分類：遍歷管道三維拓撲模型的所有點坐標，找到最大值和最小值；以最大值和最小值的平均值為閾值，將整個管道三維拓撲模型的數據分為兩類，其中大于閾值的為A類，小于閾值的為B類；

分別對A類和B類中的數據找到其最大值和最小值，以最大值和最小值的平均值為閾值分為兩類；以此類推，直到每一類中的數據點數小于八個，則停止剖分，建立了以小于八個點為一層的層狀樹形結構；其中，第一層樹狀結構代表主管道；

所述根據樹狀層次結構，提取主管道模型數據，具體包括：

將第一層樹狀結構取出，壓入一個臨時寄存器；

所述根據樹狀層次結構，定位管道信息全部缺失的部位，具體包括：

搜索不同區域的樹狀結構層次數，若該區域只有第一層樹狀結構，則該區域管道信息全部缺失；

所述采用非局部自相似方法，對管道進行修補；具體包括：

采用歐式距離衡量不同層狀樹形結構子集的相似度：通過計算各子集P_i和P_j之間的歐式距離，獲取各子集之間的相似度：

其中，n為子集中的管道模型數據點，n≤8；越小，說明子集P_i和P_j之間的相似度越大；越大，說明子集P_i和P_j之間的相似度越小；

計算所有子集的相似度，取其中最小，即相似度最大的子集作為管道修補的子集。

2.如權利要求1所述的腎臟內微細管道3D重構方法，其特征在于，所述管道提取，還包括：

采用高斯平滑濾波方法，對分割后的腎內管道圖像進行平滑。

3.如權利要求1所述的腎臟內微細管道3D重構方法，其特征在于，還包括：管道去噪：

采用閾值法，去除管道末端毛細血管處出現的環路；

采用高斯平滑濾波方法，去除管道末端毛細血管處出現的毛刺。

4.如權利要求1所述的腎臟內微細管道3D重構方法，其特征在于，還包括：在管道三維拓撲模型上，加入了柏林噪聲，使腎內管道具有隨機性；其具體包括：

獲取需要添加柏林噪聲的數據點：需要添加柏林噪聲的數據點為信息完全丟失的管道，即樹狀層級結構中第一層級的數據點，以點A(x+x₀,y+y₀,z+z₀)為例；其中x,y,z為整數部分，x₀,y₀,z₀為小數部分；

以點A坐標的整數部分x,y,z和小數部分x₀,y₀,z₀構建以點A為中點的立方體，立方體八個頂點的坐標為點A整數部分和小數部分的組合；

計算八個頂點的梯度與點A到頂點的距離向量：其中各頂點的梯度在12條棱的單位向量中選取，即

(1,1,0),(-1,1,0),(1,-1,0),(-1,-1,0),(1,0,1),(-1,0,1),(1,0,-1),(-1,0,-1),(0,1,1),(0,-1,1),(0,1,-1),(0,-1,-1)；

采用緩動函數預處理后進行線性插值，所述緩動函數為：

f(t)＝6t⁵-15t⁴+10t³。

5.如權利要求1所述的腎臟內微細管道3D重構方法，其特征在于，還包括：管道標記：

根據樹狀層次結構，對不同層次的腎內管道進行標記：對每一個層次賦值，第一層次賦值為1，第二層次賦值為2，以此類推，每一層次代表了不同類型和尺寸的管道。