基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量方法技术

本发明专利技术涉及脑血管定量化分析技术领域，具体涉及一种基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量方法。本发明专利技术提供的基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量方法从影像数据中提取出脑血管区域，重构出脑血管表面结构，跟据脑血管连通情况将脑血管网络进行分类，标记每条血管的两个端点，计算出两个端点之间血管段的测地距离、法曲率和测地挠率的信息。本发明专利技术基于测地距离的脑血管长度度量，能更好的反映三维空间中脑血管的拓扑结构和真实反映脑血管自身的弯曲程度及形态结构，实现了脑血管长度及弯曲度更为精确的度量，进一步反映了度量只专注于脑血管本身且不依赖于空间坐标这一特性，在医学图像处理、计算几何和计算机图形学等领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及脑血管定量化分析
，具体涉及基于测地线的脑血管长度及弯 曲度度量方法。
技术介绍
现有技术中，血管形态是人类大脑循环系统中最具特点的生物特征，根据脑血管 形态结构的变化实现脑血管病变的诊断是血管类疾病诊断的典型应用项目。传统的血管定 量分析指标的计算都在是在欧式空间中进行的，且数据的计算都是强烈依赖于三维空间坐 标系的。此外，为了计算方便，现有的血管形态定量分析大都是先将整个血管网络分成每一 小段或一小部分，然后针对每一段或每一部分进行研宄，这样的计算结果缺乏对血管整体 形态结构的量化与评估。目前，在脑血管定量评价方法的研宄中充分考血管整体性，探索专 注于血管本身且与空间坐标无关的定量分析指标为血管的定量分析带来了新的研宄思路。 结构度量典型技术为：基于中心线的长度度量方法。首先进行血管中心线的计算， 再进行分支点的检测；但对整个血管网络分析并检测出要测量的血管走的是哪一个分支更 是一项艰巨的任务；此外还需逐点计算各相邻点的欧式距离，计算过程繁琐且结果并非准 确。弯曲度度量：经典指标有某条血管的实际长度与连接该条血管起点和终点形成的线段 长度的比值，或是通过血管中心路径上血管角度变化值的总和除以血管的长度来度量。但 这些参数的计算是在欧式空间中进行的，其结果依赖于空间坐标，且缺乏整体性。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量 的方法，主要用于医学图像处理、计算几何、计算机图形学等领域。本专利技术是独立于空间坐 标的脑血管形态结构的度量，本专利技术从影像数据中提取出脑血管区域，重构出脑血管表面 结构，跟据脑血管连通情况，将脑血管网络进行分类，标记每条血管的两个端点，计算两个 端点之间血管段的测地距离、法曲率和测地挠率等信息，以实现对脑血管长度及弯曲度的 度量。 本专利技术是通过如下技术方案实现的：基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量方 法，包括数据获取步骤和结构度量步骤，所述数据获取步骤包括： 对脑血管分割步骤：将所述脑血管的影像数据进行多角度最大密度投影，对所述 脑血管投影后的数据进行分割提取，再将脑血管数据反投影到三维体数据中，得到血管表 面数据信息； 脑血管表面数据重构步骤：对所述血脑管表面数据进行保留，重构出所述脑血管 表面模型结构； 对所述脑血管分类步骤：依据所述脑血管的连通性进行遍历，将所述脑血管的结 构进行分类，标记每条血管的两个端点信息； 所述结构度量步骤包括： 进行测地线计算步骤：对每条所述脑血管的两个端点或任意两个端点之间的血管 段，采用曲面上的精确测地线的算法进行测地线的计算，得到脑血管测地线信息； 进行长度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的脑血管测地线信息， 计算出相应的测地距离，所述测地距离为本条血管的长度； 进行弯曲度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的血管测地线信息， 计算本条脑血管测地线的法曲率和测地挠率。 进一步地，所述对脑血管分割步骤中采用水平集方法或有限元混合模型方法中的 任意一种方法进行脑血管分割。 进一步地，所述脑血管分类步骤中采用最小生成树方法进行分类。 进一步地，所述进行弯曲度度量步骤中的计算本条脑血管测地线的法曲率和测地 挠率的方法包括： 根据测地线计算顶点法向量步骤：在离散网格模型上，法向量为垂直于测地线的 单位向量，依据下面计算公式（1)计算出所述脑血管的顶点法向量：【主权项】1. ，包括数据获取步骤（1)和结构度量步 骤（2)，其特征在于， 所述数据获取步骤（1)包括： 对脑血管分割步骤：将所述脑血管的影像数据进行多角度最大密度投影，对所述脑血 管投影后的数据进行分割提取，再将脑血管数据反投影到三维体数据中，得到血管数据信 息； 脑血管表面数据重构步骤：对所述血脑管表面数据进行保留，重构出所述脑血管表面 模型结构； 对所述脑血管分类步骤：依据所述脑血管的连通性进行遍历，将所述脑血管的结构进 行分类，标记每条血管的两个端点信息； 所述结构度量步骤（2)包括： 进行测地线计算步骤：对每条所述脑血管的两个端点或任意两个端点之间的血管段， 采用曲面上的精确测地线的算法进行测地线的计算，得到脑血管测地线信息； 进行长度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的脑血管测地线信息，计算 出相应的测地距离，所述测地距离为本条血管的长度； 进行弯曲度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的血管测地线距离，计算 本条脑血管测地线的法曲率和测地挠率。2. 根据权利要求1所述，其特征在于，所 述对脑血管分割步骤中采用水平集方法或有限元混合模型方法中的任意一种方法进行脑 血管分割。3. 根据权利要求1所述，其特征在于，所 述脑血管分类步骤中采用最小生成树方法进行分类。4. 根据权利要求1所述，其特征在于，所 述进行弯曲度度量步骤中的计算本条脑血管测地线的法曲率和测地挠率的方法包括： 根据测地线计算顶点法向量步骤：在离散网格模型上，法向量为垂直于测地线的单位 向量，依据下面计算公式（1)计算出所述脑血管的顶点法向量：所述法曲率的计算步骤：因测地线的测地曲率为零，则测地线的相对曲率为测地线沿 切线方向的法曲率，进行曲率的计算得到测地线的法曲率，所述测地线的相对曲率由顶点 间法向量角度的变化计算得到； 所述测地挠率的计算步骤：所述测地线的挠率是曲面沿该测地线切线方向上的测地挠 率，所述挠率的计算得到测地线的测地挠率，所述测地线的挠率由顶点间次法向量角度的 变化值计算得到。5. 根据权利要求2所述，其特征在于，所 述水平集方法包括： 体数据投影步骤：沿着从视点到所述投影平面的射线，各个体素密度值呈现的亮度将 衰减，最终在投影平面上呈现亮度最大的体素，由所有投影射线对应的最大密度的像素组 成的图像为最大密度投影所产生的图像，所述最大密度投影图像通过将体数据投影到二维 平面上得到，在所述投影图中因存在血管间的遮挡而进行多视点投影，在投影的过程中，记 录拥有最大密度值的体素坐标值； 基于相场模型的分割步骤：结合Allen-Cahn方程和图像中像素的分布特性构造脑血 管分割模型，采用水平集函数最小化轮廓边界方向之间的能量泛函将血管边界进行提取， 按所述分割模型的能量泛函按公式（2)计算，2D到3D的反投影步骤：在体数据向平面进行投影的过程中，记录最大密度值的体素 的三维空间坐标；进行反投影时将所分割出来的像素对应到之前记录的所述体数据的坐标 中；当各个角度的反投影结束后，在体数据中最后保留的体素，所述体素为所需要的血管数 据信息。6.根据权利要求1所述，其特征在于，所 述脑血管的影像数据采用磁共振血管造影方法获得。【专利摘要】本专利技术涉及脑血管定量化分析
，具体涉及一种。本专利技术提供的从影像数据中提取出脑血管区域，重构出脑血管表面结构，跟据脑血管连通情况将脑血管网络进行分类，标记每条血管的两个端点，计算出两个端点之间血管段的测地距离、法曲率和测地挠率的信息。本专利技术基于测地距离的脑血管长度度量，能更好的反映三维空间中脑血管的拓扑结构和真实反映脑血管自身的弯曲程度及形态结构，实现了脑血管长度及弯曲度更为精确的度量，进一步反映了度量只专注于脑血管本身且不依赖于空间坐标这一本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于测地线的脑血管长度及弯曲度度量方法，包括数据获取步骤(1)和结构度量步骤(2)，其特征在于，所述数据获取步骤(1)包括：对脑血管分割步骤：将所述脑血管的影像数据进行多角度最大密度投影，对所述脑血管投影后的数据进行分割提取，再将脑血管数据反投影到三维体数据中，得到血管数据信息；脑血管表面数据重构步骤：对所述血脑管表面数据进行保留，重构出所述脑血管表面模型结构；对所述脑血管分类步骤：依据所述脑血管的连通性进行遍历，将所述脑血管的结构进行分类，标记每条血管的两个端点信息；所述结构度量步骤(2)包括：进行测地线计算步骤：对每条所述脑血管的两个端点或任意两个端点之间的血管段，采用曲面上的精确测地线的算法进行测地线的计算，得到脑血管测地线信息；进行长度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的脑血管测地线信息，计算出相应的测地距离，所述测地距离为本条血管的长度；进行弯曲度度量步骤：利用所述进行测地线计算步骤中得到的血管测地线距离，计算本条脑血管测地线的法曲率和测地挠率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵世凤，周明全，武仲科，田沄，徐鹏飞，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11