專利名稱：基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維腦血管模型構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維血管模型構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的血管造型技術(shù)大致可以分為兩類:自由模型(model-free)的方法和基于模型(model-based)的方法。自由模型的方法中最典型最常見的曲面重建方法是MC (Marching Cubes)算法。該方法通過選取一個(gè)合適的閾值并用線性插值的辦法來計(jì)算出一個(gè)等值面從而將空間分為兩個(gè)部分達(dá)到重建的目的。然而線性插值的使用和將空間按閾值分割成兩部分的做法也過于簡(jiǎn)單，因此重建的效果并不理想。在重建之后需要通過平滑來消除曲面的鋸齒效應(yīng)，簡(jiǎn)單的拉普拉斯平滑方法會(huì)破壞細(xì)小的分枝。Taubin提出了低通濾波的方法，Vollmer對(duì)拉普拉斯平滑進(jìn)行了改進(jìn)，都取得了較好的效果。約束彈性曲面網(wǎng)(CESN)通過將平滑的初始曲面的頂點(diǎn)約束在它們所屬的單元內(nèi)較好地平衡了精確性和光滑性取得了理想的效果?；谀Ｐ偷姆椒僭O(shè)血管是管狀的結(jié)構(gòu)，利用各種幾何形狀和構(gòu)造方法來逼近血管的橫截面來達(dá)到重構(gòu)血管的目的，常用的是采用管狀或者球狀表示血管模型，該方法不僅定義了三維實(shí)體模型內(nèi)的所有點(diǎn)，并精確定義了其中心線(骨架)，十分有利于對(duì)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)操控、變形、演化，是一個(gè)十分適合用于表達(dá)構(gòu)造血管這樣的管狀物體的構(gòu)造方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)存的方法并沒有考慮血管拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、在處理過程中破壞細(xì)小分支的缺陷，本發(fā)明提出了一種基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維腦血管模型的構(gòu)建方法，該模型采用樹狀結(jié)構(gòu)符合腦血管的拓?fù)涮匦裕捎们蚪Y(jié)合中心線方式表示單根血管，該描述方法能夠?qū)δX血管病變區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，并能針對(duì)不·同大小的顯示窗口采用多尺度方式進(jìn)行繪制。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案:基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維血管模型構(gòu)造方法，包括以下步驟:(I)從CT或者M(jìn)RA設(shè)備獲取三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)；(2)采用分割算法分離腦血管和背景噪聲；(3)計(jì)算腦血管骨架線；(4)根據(jù)骨架線構(gòu)建樹狀腦血管拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(5)根據(jù)骨架線采用彈性球算法計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)腦血管半徑；(6)將構(gòu)建的樹狀結(jié)構(gòu)腦血管進(jìn)行三維顯示。優(yōu)選地,所述步驟(2)包括:(2.1)采用高斯濾波對(duì)三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行平滑處理，經(jīng)過MIP投影得到MIP圖像，采用二維OTSU算法借助MIP圖像獲得三維血管種子點(diǎn)；(2.2)定義全局與局部信息相結(jié)合的區(qū)域增長(zhǎng)規(guī)則，通過區(qū)域增長(zhǎng)算法對(duì)血管進(jìn)行粗分割，得到區(qū)域增長(zhǎng)血管輪廓；
(2.3)采用Catt擴(kuò)散模型對(duì)三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行各項(xiàng)異性濾波，采用局部自適應(yīng)C-V模型，將初步分割結(jié)果作為自適應(yīng)活動(dòng)輪廓模型的初始輪廓線進(jìn)行二次分割。優(yōu)選地，所述步驟(3)中是采用Hessian矩陣的方法計(jì)算腦血管走勢(shì)。優(yōu)選地，所述步驟(5)是通過彈性球運(yùn)動(dòng)力方程的構(gòu)造，尋找彈性球中心線。優(yōu)選地，所述步驟(2.3)通過以下公式實(shí)現(xiàn):
權(quán)利要求
1.基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維腦血管模型構(gòu)造方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)從CT或者M(jìn)RA設(shè)備獲取三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)； (2)采用分割算法分離腦血管和背景噪聲； (3)計(jì)算腦血管骨架線； (4)根據(jù)骨架線構(gòu)建樹狀腦血管拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； (5)根據(jù)骨架線采用彈性球算法計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)腦血管半徑； (6)將構(gòu)建的樹狀結(jié)構(gòu)腦血管進(jìn)行三維顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟(2)包括: (2.1)采用高斯濾波對(duì)三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行平滑處理，經(jīng)過MIP投影得到MIP圖像，采用二維OTSU算法借助MIP圖像獲得三維血管種子點(diǎn)； (2.2)定義全局與局部信息相結(jié)合的區(qū)域增長(zhǎng)規(guī)則，通過區(qū)域增長(zhǎng)算法對(duì)血管進(jìn)行粗分割，得到區(qū)域增長(zhǎng)血管輪廓； (2.3)采用Catt擴(kuò)散模型對(duì)三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)行各項(xiàng)異性濾波，采用局部自適應(yīng)C-V模型，將初步分割結(jié)果作為自適應(yīng)活動(dòng)輪廓模型的初始輪廓線進(jìn)行二次分割。
3.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟(3)中是采用Hessian矩陣的方法計(jì)算腦血管走勢(shì)。
4.如權(quán)利要求1所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟(5)是通過彈性球運(yùn)動(dòng)力方程的構(gòu)造，尋找彈性球中心線。
5.如權(quán)利要求2所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟(2.3)通過以下公式實(shí)現(xiàn):
6.如權(quán)利要求3所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述步驟(3)所述獲得腦血管中心線和半徑信息的具體求取過程如下: 設(shè)置彈性力矢量方程，決定彈性球中心走向:
7.如權(quán)利要求2所述的構(gòu)造方法，其特征在于，所述樹狀腦血管拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法如下: 采用節(jié)點(diǎn)方式表示每一個(gè)分支血管結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織如下:Struct Node{ 父親節(jié)點(diǎn)， {中線點(diǎn)位置，半徑，圓面法向量}， 左孩子節(jié)點(diǎn)， 右孩子節(jié)點(diǎn)} 骨架上節(jié)點(diǎn)分類如下: 端點(diǎn):骨架線開始或者終止的位置，端點(diǎn)的鄰域關(guān)系為:只有一個(gè)鄰接點(diǎn)； 普通點(diǎn):構(gòu)成骨架線的基本點(diǎn)，普通點(diǎn)周圍存在兩個(gè)臨接點(diǎn)； 分叉點(diǎn):骨架線的分支點(diǎn)，分叉點(diǎn)是二分結(jié)構(gòu)，分叉點(diǎn)周圍存在三個(gè)鄰接點(diǎn)； 樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建: 在上述節(jié)點(diǎn)分類的基礎(chǔ)上，采用深度優(yōu)先的側(cè)率構(gòu)建血管樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，算法如下: Step 1:將當(dāng)前觀察節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)，直接建立一新樹結(jié)構(gòu)，并把當(dāng)前點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)存A ； Step2:進(jìn)入下一個(gè)待觀察節(jié)點(diǎn)； Step3:當(dāng)前觀察點(diǎn)為普通點(diǎn)，加入到正在處理的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，返回Step2 ;否則轉(zhuǎn)向Step4 ； Step4:若觀察點(diǎn)為分叉點(diǎn)，建立兩個(gè)新節(jié)點(diǎn)分別作為該節(jié)點(diǎn)的左孩子節(jié)點(diǎn)和右邊孩子節(jié)點(diǎn)，針對(duì)左孩子節(jié)點(diǎn)和右邊孩子節(jié)點(diǎn)，分別遞歸進(jìn)入Step2 ； Step5:當(dāng)處理完所有的節(jié)點(diǎn)后，血管樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建完畢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于樹狀結(jié)構(gòu)的三維腦血管模型構(gòu)造方法，首先，從CT或者M(jìn)RA設(shè)備獲取三維腦血管體數(shù)據(jù)場(chǎng)；采用分割算法分離腦血管和背景噪聲；其次，計(jì)算腦血管骨架線；根據(jù)骨架線構(gòu)建樹狀腦血管拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；再次，根據(jù)骨架線并采用彈性球算法計(jì)算每個(gè)控制點(diǎn)腦血管半徑；最后，將構(gòu)建的樹狀結(jié)構(gòu)腦血管進(jìn)行三維顯示。本發(fā)明提供的構(gòu)造方法符合腦血管的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，具有血管顯示精度高，結(jié)果誤差小的優(yōu)點(diǎn)。能夠?qū)δX血管病變區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，并能針對(duì)不同大小的顯示窗口采用多尺度方式進(jìn)行繪制。
文檔編號(hào)G06T7/60GK103247073SQ20131013639
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者周明全, 解立志, 武仲科 申請(qǐng)人:北京師范大學(xué)