使用统计曲率分析的三维测量制造技术

一种三维曲率算法（图１），使用了线性回归以对生物实体建模。通过扫描该实体得到结构的三维表示。被扫描结构的被选择区域被指定了数值。并基于顶点计算了许多曲率测量。线性回归分析被用于获得所有曲率的回归系数。并计算曲率测量的方差膨胀因子。为获得最佳拟合模型而实行多重回归。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
说明书专利技术背景专利
本专利技术一般涉及计算机执行方法，用于将微分计算几何学和统计学应用于检测三维计算机模型形状，该三维计算机模型表示了某结构的一系列连续的两维图像。说明了十二种新的曲率测量。这些测量法被用于由三角形组成的三维计算机模型表面。某已知结构有与功能紊乱或者缺点相关的异常表面曲率特征，其三维图像的集合被用于训练软件识别某异常结构的特定曲率特征。多重线性回归被应用于三维测试模型的曲率测量并且其结果被优化以消除多重共线性并保持高的回归系数。
技术介绍
在许多医疗诊断协议中的整体步骤是与所关注解剖区域相关的结构异常性检测。因此，许多现今的医疗诊断使用了医学成像的结构分析，直接的通过影像的解释，或者间接的通过所关注解剖区域的三维计算机模型的生成和解释。医学成像的分析可能是困难的并且很耗时间，而且观察者的主观看法常常模糊了图像的解释。用以提供对表面区域和内部解剖结构形状的客观测量的计算机化的方法可以提供相关于结构缺陷的异常性检测。例如，大脑动脉瘤，也就是“浆果动脉瘤”，典型的是颅骨内动脉瘤。已经知道它们在许多人中日益增多的扩大，并且它们被认为是由于动脉血液流冲击动脉壁内部弹性层的薄弱区域而形成的。基于尸体解剖研究，在一般人群中产生这些动脉瘤的比例为1％-8％。对于有未破裂动脉瘤的人，每年破裂的危险是1-2％，一生中有这样一次破裂的危险是大约50％。现代存在对于动脉瘤的有效治疗方法以防止破裂。因而，有效的诊断可以潜在的大大减少动脉瘤带来的发病率和死亡率。传统的检测动脉瘤的诊断协议包含大脑血管造影术和磁共振血管造影术(MRA)。大脑血管造影术是一个侵入过程，其中，针管被通入到头颅内血管并且注射入对比材料以使血管壁可见。这个过程是昂贵的，耗时间的，并且导致严重的潜在并发症，并发症可以导致动脉破裂，中风，和死亡，尽管这种并发症的危险性很小(小于1％)。另一方面，MRA是较小侵入性，较小时间花费，并且比大脑血管造影术危险性小。微分几何被广泛地用作分析不同的几何形状并且计算几何是使用微分几何的数学方法快速确定表面特征的方法。计算几何的技术被应用于蛋白质-蛋白质交互的预报(Duncan等，″Shape Analysis of Molecular Surfaces，″Biopolymers，33231-238，1993)，合成药剂剂量的影响表面分析(Lam，″The Combined Actions ofAgents Using Differential Geometry of Dose-effect Surfaces，″Bulletin ofMathematical Biology，54813-826，1992)，和生物学表面成长研究。计算几何被用于医疗领域里用于诊断肺癌的曲率分析(Kawata等，″ComputerAided Diagonosis System for Lung Cancer Based on Helical CT Images，″ICIAP`97 Proceedings，2420-427，1997)，心脏动脉瘤(Fantini等，″QuantitativeEvaluation of Left Ventricular Shape in Anterior Aneurysms，″Catheterization and Cardiovascular Diagnosis，28295-300，1993)，和脑瘤治疗评定(Dai等，″Intracranial Deformation Caused by Brain TumorsAssessment of 3-D Surface by Magnetic Resonance Imaging，″IEEE Transactionon Medical Imaging，12，4693-702，1993)。所有这些过程使用平滑，以避免曲率的较大变动，而在测量解剖结构时常常看见曲率的较大变动。然而，平滑过程，经常使曲率的测量失真。最近的发展已经应用了表面曲率分析以在三维表面上抽取特征线(Monga等，″From Partial Derivatives of 3-D Density Images to Ridge Lines，″Visualization in Biomedical Computing，VBC’92，Proceedings，pp.118-129，1992)但是没有应用到大脑脉管系统的三维表面。脑的MRA研究一般包含72-90幅两维(2-D)横截面图。使用三维的时间-距离算法或者包含此算法的核磁共振扫描软件，这些图像中血管被高亮显示。图像被显示在2-D放射线胶片上，用于迎着光观察。放射线学者或者外科医生观察每张图像，通过他或者她在血管解剖学方面的知识“生成”了脉管系统的三维解释。图像不能被精简成第三方也能观察的三维说明。因为脉管系统的分枝特性，对其说明将会很困难并且耗时间。分枝血管在单张图像上常常显示为一个动脉瘤，但是对周围图像的分析揭示了正常的脉管系统。相似的，一个动脉瘤可能显示为分枝血管，除非仔细观察一系列图像到其终点。计算机被应用于协助诊察大脑动脉瘤，其先于本专利技术的用处是有限的。人们尝试分析图像数据以诊察表示动脉瘤的横截面图但是徒劳无功，因为将动脉瘤与正常的动脉分枝点辨别开很困难(Fessler等，″Object-Based 3-D Reconstructionof Arterial Trees from Magnetic Resonace Angiograms，″IEEE Transactions onMedical Imaging，101，1991)。而且，脉管系统的骨干表示被用于确定血管分枝点和血管里的拓扑特征(Puig等，″An Interactive Cerebral Blood VesselExploration System″Visualization’97，Proceedings，pp.443-446，1996)。虽然这些技术在某些方面有用处，例如，实际结肠镜检查，但在血管拓扑结构中，小的血管半径和大的方向改变的遭遇是用骨干表示动脉瘤标识的难题。尝试应用MRA图像的平滑和过滤来克服这个问题，但结果常常是脉管系统的失真视图。形态特征分析被建议为一种自动诊察动脉瘤的方法，但此过程一次只能够分析脉管系统的小块区域(Matsutani等，″Quantitative Vascular Shape Analysis for 3-DMR-Angiography Using Mathematical Morphology″，Computer Vision，VirtualReality and Robotics in Medicine，CVRMed `95，Proceedings，pp.449-454，1995)。专利技术概述基于前述，揭示了一种新颖的方法，用于生成更客观的结构表面不规则区域的3-D表示。本专利技术提供了客观的确定对一系列2-D图像的3-D分析的方法。本专利技术的一个特殊的具体实施例是基于简单的观察，大脑血管是大致圆柱形而位于这样的血管里的动脉瘤在形状上大致为球形。这个特殊的具体实施例利用了动脉瘤的球形特征和计算微分几何，用于在读不出的2-D 本文档来自技高网...

【技术保护点】
在描述了本专利技术后，以下是我们要求专利保护的权利要求：一种确定三维结构的评测方法，其特征在于，包含步骤：ａ）获得计算机化的结构三维表示；ｂ）标识三维结构的第一组区域并且分配给所述结构一个数据值；ｃ）标识第二区域并且分配给所述区 域一个数据值；ｄ）确定结构表面每个顶点的多个曲率测量的值；ｅ）对在所述确定步骤确定的值实行多重线性回归分析，用于获得所有顶点的所有曲率的回归系数；ｆ）确定每个所述曲率测量的方差膨胀因子；ｇ）如果所有的方差膨胀因子小于１０，到 步骤１；ｈ）如果有一个膨胀因子大于１０，则将多重线性回归中使用的曲率测量的子集减少１；ｉ）在对每个子集的所有可能曲率测量组合实行多重线性回归；ｊ）选择产生最大回归系数的曲率测量的子集；ｋ）对在步骤ｄ）中确定的所述值实行多重线 性回归分析，用于获得所述曲率子集的回归系数；和ｌ）对于所述曲率子集，插入部分线性回归系数到多重线性回归产生的线性等式。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JE斯图尔特，
申请(专利权)人：弗吉尼亚州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]