一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统，所述方法包括：获取人体心脏三维影像，并利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程；采用快速推进法和碰撞向前法相结合的方式，分别初始化心血管主动脉影像和冠状动脉影像，并进行膨胀、光滑以及对流处理，求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像；再利用行进方块法对所述重构后的心血管三维影像进行处理，得到心血管三维模型。所述方法及系统解决了目前的心血管影像重构方法普遍存在的计算稳定性较差的问题，实现了在保证计算结果稳定性的前提下，快速准确地分割出所需要区域，操作简单，便于后续进行计算流体力学分析等。

A method and system of cardiovascular image reconstruction based on implicit deformable model

The invention provides a cardiovascular image reconstruction method and system based on an implicit deformable model. The method includes: acquiring a three-dimensional image of human heart, constructing a partial differential equation of embedded function by using the parameters of the three-dimensional image of the heart, and initializing the heart and blood separately by combining the fast advancing method with the collision forward method. The aorta and coronary artery images are processed by dilation, smoothness and convection, and the embedded function partial differential equation is solved to obtain the reconstructed three-dimensional cardiovascular images. Then the three-dimensional cardiovascular images are processed by the moving block method to obtain the three-dimensional cardiovascular model. The proposed method and system solved the problem of poor computational stability commonly existing in current cardiovascular image reconstruction methods, and achieved fast and accurate segmentation of the required areas on the premise of ensuring the stability of the calculation results. It is easy to operate and facilitate subsequent computational fluid dynamics analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统
本专利技术涉及医疗影像处理
，更具体地，涉及一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统。
技术介绍
随着计算血流动力学(CFD)的不断发展，人们发现血流动力学与心血管疾病的形成、发展和治疗存在密切联系。近些年来，对心血管系统中的血流动力学研究一直是生物力学和生物医学工程研究的热点。很多研究学者尝试将计算血流动力学技术应用于心血管领域中，通过获取一些血流特征，用于辅助诊断心血管疾病。而计算血流动力学需要基于心血管三维模型进行计算，这就需要先从心血管影像中提取或者重构出心血管三维模型。心脏三维医学影像包括但不限于心脏计算机断层成像(CT/CTA)、核磁共振成像(MRI/MRA)、单光子发射计算断层成像(SPECT)等。现有的心血管影像重构方法主要包括阈值法、聚类法或者区域生长法，阈值法是基于灰度值将一幅灰度影像分割成二进制影像，从而将原始影像分割开，但不适用于复杂的影像分割。聚类法将影像分割为k个聚类进行迭代，重构的结果质量取决于最初的一组集群和k值，这将导致重构结果对参数非常敏感。区域生长法是将具有相似性质的像素集合起来构成区域，也是一种基于迭代的方法，所以空间和时间开销都比较大。综上所述，上述这些方法无法保证心血管影像重构模型的结果的稳定性，所以，如何设计一种能够保证计算结果稳定性的心血管影像重构方法，成为目前面临的一个主要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统，解决目前的心血管影像重构方法普遍存在的计算稳定性较差的问题，实现了在保证计算结果稳定性的前提下，快速准确地分割出所需要区域。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，包括以下步骤：获取人体心脏三维影像，并利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程；利用有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像；利用行进方块法对所述重构后的心血管三维影像进行处理，得到心血管三维模型。优选地，利用心脏三维影像的参数构造的所述嵌函数偏微分方程如方程(1)所示：其中，表示嵌函数对迭代时间项t的偏微分，w1表示膨胀系数，G(x)表示膨胀速度函数；w2表示光滑系数，H(x)表示心脏三维影像的平均曲率；w3表示对流系数，其中I表示心脏三维影像的强度。优选地，所述利用有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像，具体包括以下步骤：利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，以及利用快速推进法对心脏三维影像中的主动脉影像进行初始化，得到所述嵌函数偏微分方程的初始条件基于所述初始条件对心脏三维影像中的曲面部分进行膨胀、光滑以及对流处理，得到重构后的心血管三维影像。优选地，所述利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，具体过程为，首先选取位于血管分支两端的两个种子点，即源头点和目标点，然后基于两个种子点发出的两个互相独立的波前，进行影像重构；波前的传播速度与影像的强度成正比，如方程(2)所示：T表示波前到达影像区域内其他任一点的时间，影像强度I的倒数表示波前的慢度；通过迎风有限差分法求解方程(2)，分别得出两个种子点对影像区域内任一点的作用分量T1和T2，嵌函数偏微分方程的初始条件优选地，所述利用快速推进法对心脏三维影像中的主动脉影像进行初始化，具体过程为，首先选取一系列的源头点和目标点，基于所述源头点和目标点发出的互相独立的波前，进行影像重构，然后通过迎风有限差分法求解方程(2)，得到方程(2)的解，嵌函数的初始条件T表示方程(2)的解，ttarget表示方程(2)的解的最小值。本专利技术还提供了一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构系统，包括：函数方程构造模块，用于获取人体心脏三维影像，并利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程；心血管三维影像重构模块，用于通过有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像；心血管三维模型获取模块，用于利用行进方块法对所述重构后的心血管三维影像进行处理，得到心血管三维模型。优选地，所述心血管三维影像重构模块包括：初始化单元，用于利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，以及利用快速推进法对心脏三维影像中的主动脉影像进行初始化，得到所述嵌函数偏微分方程的初始条件处理单元，用于对心脏三维影像中的曲面部分进行膨胀、光滑以及对流处理，得到重构后的心血管三维影像。优选地，所述初始化单元利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，具体过程为，所述初始化单元首先选取位于血管分支两端的两个种子点，即源头点和目标点，然后基于两个种子点发出的两个互相独立的波前，进行影像重构；波前的传播速度与影像的强度成正比，如方程(2)所示：T表示波前到达影像区域内其他任一点的时间，影像强度I的倒数表示波前的慢度；通过迎风有限差分法求解方程(2)，分别得出两个种子点对影像区域内任一点的作用分量T1和T2，嵌函数偏微分方程的初始条件优选地，所述初始化单元首先选取一系列的源头点和目标点，基于所述源头点和目标点发出的互相独立的波前，进行影像重构，然后通过迎风有限差分法求解方程(2)，得到方程(2)的解，嵌函数的初始条件T表示方程(2)的解，ttarget表示方程(2)的解的最小值。本专利技术还提供了一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本专利技术提供的基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法及系统，通过利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程，采用快速推进法和碰撞向前法相结合的方式，分别初始化心血管主动脉影像和冠状动脉影像，并结合膨胀、光滑以及对流操作求解偏微分方程，获得重构后的心血管三维影像，再结合行进方块法处理获得心血管三维模型，所述方法操作简单，计算结果稳定，能够快速准确地分割出所需要的区域。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例公开的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例公开的用于构造嵌函数偏微分方程的人体心脏三维影像；图4a、图4b和图4c为本专利技术实施例公开的利用碰撞向前法进行初始化的原理示意图；图5为本专利技术实施例公开的利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化的结果示意图；图6a和图6b为本专利技术实施例公开的利用快速行进法对心脏三维影像中的部分主动脉影像进行初始化的结果示意图；图7为本专利技术实施例公开的重构后的心血管三维影像的结果示意图；图8为本专利技术实施例公开的利用行进方块法获得的心血管三维模型的结果示意图；图9为本专利技术实施例公开的经过切割、光滑等几何处理后获得的心血管三维模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，包括以下步骤：获取人体心脏三维影像，并利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程；利用有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像；利用行进方块法对所述重构后的心血管三维影像进行处理，得到心血管三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，包括以下步骤：获取人体心脏三维影像，并利用心脏三维影像的参数构造嵌函数偏微分方程；利用有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像；利用行进方块法对所述重构后的心血管三维影像进行处理，得到心血管三维模型。2.如权利要求1所述的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，利用心脏三维影像的参数构造的所述嵌函数偏微分方程如方程(1)所示：其中，表示嵌函数对迭代时间项t的偏微分，w1表示膨胀系数，G(x)表示膨胀速度函数；w2表示光滑系数，H(x)表示心脏三维影像的平均曲率；w3表示对流系数，其中I表示心脏三维影像的强度。3.如权利要求1所述的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，所述利用有限差分法求解所述嵌函数偏微分方程，得到重构后的心血管三维影像，具体包括以下步骤：利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，以及利用快速推进法对心脏三维影像中的主动脉影像进行初始化，得到所述嵌函数偏微分方程的初始条件基于所述初始条件对心脏三维影像中的曲面部分进行膨胀、光滑以及对流处理，得到重构后的心血管三维影像。4.如权利要求3所述的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，所述利用碰撞向前法对心脏三维影像中的冠状动脉影像进行初始化，具体过程是：首先选取位于血管分支两端的两个种子点，即源头点和目标点，然后基于两个种子点发出的两个互相独立的波前，进行影像重构；波前的传播速度与影像的强度成正比，如方程(2)所示：T表示波前到达影像区域内其他任一点的时间，影像强度I的倒数表示波前的慢度；通过迎风有限差分法求解方程(2)，分别得出两个种子点对影像区域内任一点的作用分量T1和T2，嵌函数偏微分方程的初始条件5.如权利要求4所述的一种基于隐式可变形模型的心血管影像重构方法，其特征在于，所述利用快速推进法对心脏三维影像中的主动脉影像进行初始化，具体过程为，首先选取一系列的源头点和目标点，基于所述源头点和目标点发出的互相独立的波前，进行影像重构，然后通过迎风有限差分法求解方程(2)，得到方程(2)的解，嵌函数的初始条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：向建平，李炳辉，冯立，冷晓畅，
申请(专利权)人：向建平，
类型：发明
国别省市：广东,44