專利名稱：心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體的說，是一種心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法。
背景技術(shù)：
目前，三維超聲顯像已能從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用轉(zhuǎn)向三維物體的計(jì)算機(jī)立體模型重建。比較典型的模型重建方法是體元模型法(Voxel模型)，該方法將三維物體劃分成依次排列的小立方體，一個(gè)小立方體就是一個(gè)體元，體元可以認(rèn)為是象素在三維空間中的延伸，一定數(shù)目的體元按相應(yīng)的空間位置排列即可構(gòu)成三維立體圖像，從而達(dá)到重建三維物體的目的。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，典型的體元模型法在醫(yī)學(xué)圖像中的應(yīng)用如(楊茗等在《中華超聲影像學(xué)雜志》2000年第9卷第7期第401頁中發(fā)表的“體元模型三維重建超聲顯像評價(jià)肺動脈高壓對右心室容積和心肌質(zhì)量的影響”)提出利用體元模型三維重建心臟內(nèi)組織結(jié)構(gòu)。這種方法雖然可以動態(tài)三維重建心臟、血管結(jié)構(gòu)的組織灰階信息，并隨意動態(tài)地從各個(gè)角度對心臟進(jìn)行切割，但由于超聲圖像噪聲比較多，灰階信息差別不明顯，不容易將二尖瓣環(huán)這樣的精細(xì)組織和其他裝置分離開來，所以此方法在三維超聲圖像重建瓣環(huán)中準(zhǔn)確性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于人機(jī)對話重建心臟二尖瓣環(huán)的方法，使二尖瓣環(huán)重建的準(zhǔn)確率提高了20％，并且重建質(zhì)量基本不受超聲圖像質(zhì)量的影響。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明首先采用人機(jī)交互的方式選取二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，提高采集二尖瓣環(huán)特征的準(zhǔn)確度。其次在重組上述二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)時(shí)，采用的是三維排序的方法，形成一個(gè)封閉的有序三維點(diǎn)陣序列。最后基于這個(gè)有序三維點(diǎn)陣序列，利用非均勻三次B樣條曲線(NURBS)達(dá)到重建出二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)的目的。
本發(fā)明中，一個(gè)心動周期中的每一幀內(nèi)獲取剖切平面位置，沿剖切平面位置對體數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣。醫(yī)生可以與計(jì)算機(jī)通過人機(jī)交互方式選擇可以清楚觀察到心臟二尖瓣的矢狀面長軸方向切片和矢狀面短軸方向切片，在每層切片上點(diǎn)選若干個(gè)約束點(diǎn)，從而在每幀體數(shù)據(jù)內(nèi)得到在二尖瓣環(huán)上的特征約束點(diǎn)。
本發(fā)明的有益效果是(1)基于人機(jī)交互的方式直接選取二尖瓣環(huán)上面的點(diǎn)，想比用算法分割，能提高選取瓣環(huán)特征點(diǎn)的準(zhǔn)確度，二尖瓣環(huán)重建的準(zhǔn)確率提高了20％，并且重建質(zhì)量基本不受超聲圖像質(zhì)量的影響；(2)利用非均勻三次B樣條曲線(NURBS)重建三維二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)，由于NURBS可以保持邊緣特征的獨(dú)立性，而不易被其他的控制點(diǎn)影響，所以能準(zhǔn)確表現(xiàn)二尖瓣環(huán)這樣的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可應(yīng)用于超聲、CT、MRI圖像上復(fù)雜的、精細(xì)的三維線狀組織結(jié)構(gòu)的重建領(lǐng)域。


圖1是采集的三維超聲圖像圖2是從超聲圖像中獲取剖切平面片圖3是醫(yī)生與計(jì)算機(jī)通過人機(jī)交互方式得到的20個(gè)二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)圖4是重建的二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)圖5是從左上角視角觀察重建出的二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)6是從右上角視角觀察重建出的二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
以下實(shí)施例應(yīng)用的環(huán)境是一臺Philips SONOS 7500三維超聲采集系統(tǒng)和一臺Intel Pentium IV 2.4GHz，1G內(nèi)存的臺式電腦，條件是在超聲采集系統(tǒng)采集到的三維超聲圖像中，可以分辨出二尖瓣環(huán)與背景的差異。
首先采用交互的方式選取二尖瓣環(huán)上的特征點(diǎn)在一個(gè)心動周期中的每一幀(如圖1表示某一幀的三維超聲圖像)內(nèi)獲取剖切平面位置，沿剖切平面位置對體數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，分別選擇可以清楚觀察到心臟二尖瓣的矢狀面長軸方向切片5片(S1…S5)和矢狀面短軸方向切片5片(C1…C5)，在每層切片上點(diǎn)選2個(gè)約束點(diǎn)(如圖2)，這樣在每幀體數(shù)據(jù)內(nèi)就得到在二尖瓣環(huán)上的20個(gè)特征約束點(diǎn)。圖3就是提取出來的20個(gè)約束點(diǎn)pi＝[xi，yi，zi](i＝1，2......20)。
其次重組上述二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，形成一個(gè)封閉的有序三維點(diǎn)陣序列(1)將所有的約束點(diǎn)投影到XOY平面上，得到Ki＝[xi，yi](i＝1，2......20)(2)找到20個(gè)投影點(diǎn)中坐標(biāo)X最大的點(diǎn)Km＝[xm，ym]和X最小的點(diǎn)Kn＝[xn，yn](0＜m，n＜20)，并在XOY平面上計(jì)算經(jīng)過上述兩點(diǎn)的直線方程Y=KX+b,(k=ym-ynxm-xn)]]>(K為直線方程的斜率)；(3)將投影點(diǎn)Ki＝[xi，yi](i＝1，2......20)代入方程f＝KX-Y+b，當(dāng)f＞0時(shí)，表示該投影點(diǎn)在直線方程Y＝KX+b上部，否則該投影點(diǎn)在直線下部。
(4)將在XOY平面內(nèi)所有在直線方程上部的S個(gè)投影點(diǎn)所對應(yīng)的S個(gè)三維特征約束點(diǎn)按照X方向從大到小排序得到一個(gè)序列Ps，同理可由直線下部的T個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的T個(gè)三維特征約束點(diǎn)按照X方向從小向大排序得到一個(gè)序列PT，將Ps和PT連接起來可得到一個(gè)首尾相連的閉合的三維有序序列Pi(i＝1，2......20)。
最后利用非均勻三次B樣條曲線構(gòu)建出二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)通過以上步驟可得到一個(gè)首尾相連的閉合的三維有序序列Pi(i＝1，2......20)，利用這些有序特征約束點(diǎn)作為型值點(diǎn)，基于三次NURBS做三維曲線擬合。利用NURBS方法構(gòu)造的三次B樣條擬和曲線只與前后4個(gè)三維約束點(diǎn)(Pi-1，Pi，Pi+1，Pi+2)有關(guān)，因?yàn)樗且环N區(qū)域性的內(nèi)插方法，而不是所有的點(diǎn)都可以對邊緣產(chǎn)生控制的效果，這樣可以保持邊緣特征的獨(dú)立性，而不易被其他的控制點(diǎn)影響而產(chǎn)生不可估計(jì)或是顯示上的錯(cuò)誤。圖4是構(gòu)建出來的二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)圖，圖5和圖6是分別從左上視角和右上視角可以看到一個(gè)清晰的三維“馬鞍”型瓣環(huán)結(jié)構(gòu)，達(dá)到再現(xiàn)生理狀態(tài)下二尖瓣環(huán)的立體形態(tài)的目的，也為下一步測量瓣環(huán)的運(yùn)動參數(shù)提供了基礎(chǔ)。
實(shí)施效果如下表所示

表中的選擇特征點(diǎn)個(gè)數(shù)是指在重建二尖瓣環(huán)前需要采集的二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，數(shù)量指標(biāo)為特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)，其他參數(shù)不變。重建結(jié)構(gòu)受圖像質(zhì)量影響是指重建結(jié)構(gòu)受超聲圖像質(zhì)量好壞影響的情況。
權(quán)利要求
1.一種心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法，其特征在于，首先采用人機(jī)交互的方式選取二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，其次在重組上述二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)時(shí)，采用三維排序的方法，形成一個(gè)封閉的有序三維點(diǎn)陣序列，最后基于這個(gè)有序三維點(diǎn)陣序列，利用非均勻三次B樣條曲線實(shí)現(xiàn)重建出二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法，其特征是，所述采用交互的方式選取二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，是指在一個(gè)心動周期中的每一幀內(nèi)獲取剖切平面位置，沿剖切平面位置對體數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，分別選擇能清楚觀察到心臟二尖瓣的矢狀面長軸方向切片5片和矢狀面短軸方向切片5片，在每層切片上點(diǎn)選2個(gè)約束點(diǎn)，這樣在每幀體數(shù)據(jù)內(nèi)就得到在二尖瓣環(huán)上的20個(gè)特征約束點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法，其特征是，所述采用三維排序的方法，形成一個(gè)封閉的有序三維點(diǎn)陣序列，具體為(1)將所有的約束點(diǎn)投影到XOY平面上，得到一個(gè)由20對兩維坐標(biāo)組成的序列Ki＝[xi，yi]，i＝1，2......20；(2)找到20個(gè)投影點(diǎn)中坐標(biāo)X最大的點(diǎn)Km＝[xm，ym]和X最小的點(diǎn)Kn＝[xn，yn]，0＜m，n＜20，并在XOY平面上計(jì)算經(jīng)過上述兩點(diǎn)的直線方程Y＝KX+b，k=ym-ynxm-xn,]]>K為直線方程的斜率；(3)將投影點(diǎn)Ki代入方程f＝KX-Y+b，當(dāng)f＞0時(shí)，表示該投影點(diǎn)在直線方程Y＝KX+b上部，否則該投影點(diǎn)在直線下部；(4)將在XOY平面內(nèi)所有在直線方程上部的S個(gè)投影點(diǎn)所對應(yīng)的S個(gè)三維特征約束點(diǎn)按照X方向從大到小排序得到一個(gè)序列Ps，同理由直線下部的T個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的T個(gè)三維特征約束點(diǎn)按照X方向從小向大排序得到一個(gè)序列PT，將Ps和PT連接起來得到一個(gè)新的首尾相連的閉合的三維有序序列Pi，i＝1，2......20；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法，其特征是，所述利用非均勻三次B樣條曲線實(shí)現(xiàn)重建出二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)，是指通過得到的首尾相連的閉合的三維有序序列Pi，i＝1，2......20，利用這些有序特征約束點(diǎn)作為型值點(diǎn)，基于非均勻三次B樣條曲線做三維曲線擬合，構(gòu)造的三次B樣條擬和曲線只與前后4個(gè)三維約束點(diǎn)Pi-1，Pi，Pi+1，Pi+2有關(guān)，保持了邊緣特征的獨(dú)立性。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的心臟二尖瓣環(huán)計(jì)算機(jī)輔助重建的方法，首先采用人機(jī)交互的方式選取二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)，其次在重組上述二尖瓣環(huán)特征點(diǎn)時(shí)，采用三維排序的方法，形成一個(gè)封閉的有序三維點(diǎn)陣序列，最后基于這個(gè)有序三維點(diǎn)陣序列，利用非均勻三次B樣條曲線實(shí)現(xiàn)重建出二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是(1)基于人機(jī)交互的方式直接選取二尖瓣環(huán)上面的點(diǎn)，想比用算法分割，能提高選取瓣環(huán)特征點(diǎn)的準(zhǔn)確度；(2)利用非均勻三次B樣條曲線重建三維二尖瓣環(huán)結(jié)構(gòu)，由于NURBS可以保持邊緣特征的獨(dú)立性，而不易被其他的控制點(diǎn)影響，所以能準(zhǔn)確表現(xiàn)二尖瓣環(huán)這樣的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
文檔編號A61B8/13GK101034480SQ200710039129
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者朱磊, 楊新, 劉小平, 王磊 申請人:上海交通大學(xué)