一种血管三维模型的构建方法技术

本发明专利技术涉及三维重建技术，具体涉及一种血管三维模型自动重建方法，目标是减少医疗三维重建过程大量的人工操作，通过利用移动规则引导滑动窗口对医学影像血管感兴趣区域进行自动裁剪，根据识别规则对滑动窗口的血管轮廓进行识别，获取独立的血管轮廓并组成一个有序的目标血管轮廓集，采用结束规则判断滑动窗口是否继续裁剪邻近的下一张医学影像，最后对有序的目标血管轮廓集进行三维模型重建及输出。在三维模型重建过程中需一次人工交互，以实现从医学影像的输入到目标血管三维模型的重建与输出。输出。输出。

【技术实现步骤摘要】
一种血管三维模型的构建方法


[0001]本专利技术涉及三维重建技术，具体涉及一种血管三维模型自动重建方法。

技术介绍

[0002]对于血管三维模型重建，现有方法采用的流程基本包括医疗图像数据增强处理、专业人员手动筛选血管感兴趣区域、三维模型重建，其中筛选血管感兴趣区域的过程需要专业人员对每张磁共振图片进行筛选，不断调整筛选方法的参数以提升筛选效果，该过程需要大量的人工操作，耗费较长的人力劳动时间，造成血管三维模型的重建工作繁重、周期较长。

技术实现思路

[0003]针对现有血管三维模型重建方法在重建过程中需要专业人员进行大量人工筛选操作的缺点，本专利技术考虑通过设计一种血管感兴趣区域的自动筛选规则，采用一个滑动窗口在每张磁共振影像中进行裁剪，并从滑动窗口中获取所有组织的轮廓线，从所有轮廓线中识别及获取血管轮廓，组建一个关于血管感兴趣区域的轮廓数据集，最后对筛选的血管感兴趣轮廓集进行三维模型重建，提供一种以CT影像数据为输入以血管三维模型为输出的血管三维模型“一键式”自动重建方法。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0005]一种血管三维模型的构建方法，包括以下步骤：
[0006]1)将医学影像数据集转换为图像矩阵数据集；
[0007]2)使用梯度水域分割方法对图像矩阵数据集进行处理；
[0008]3)从处理后的图像矩阵数据集中选出一个图像矩阵，描述出目标血管在该图像矩阵中的位置；
[0009]4)采用滑动窗口对图像矩阵进行裁剪，并将裁剪出的图像矩阵存储于滑动窗口中；
[0010]5)对滑动窗口中的图像矩阵进行二值化处理，对二值化结果采用基于边界跟踪方法得到滑动窗口内所有组织轮廓；
[0011]6)从组织轮廓中识别并获取目标血管轮廓；
[0012]7)根据结束规则判断滑动窗口是否停止对下一个图像矩阵进行裁剪，当满足结束规则时，滑动窗口停止移动到相邻的下一个图像矩阵，否则，滑动窗口利用移动规则继续移动到下一个图像矩阵，返回步骤4)；
[0013]8)将获取到的目标血管轮廓按照先后提取顺序进行合并，组成一个有序的目标血管轮廓集；
[0014]9)采用移动立方体方法，对有序的目标血管轮廓集构建三维模型。
[0015]步骤3)具体为：
[0016]从图像矩阵数据集中选取一张包含有目标血管的图像矩阵；找出目标血管在该图
像矩阵中的位置A(x1,y1)以及感兴趣区域中目标血管的估计中心
[0017]步骤4)具体为：
[0018]分别以(x1,y1)与(x1+a,y1+a)为原点，图像矩阵水平方向为x轴，图像矩阵竖直方向为y轴构建平面坐标系，将图像矩阵中两个坐标系构成的封闭方形区域裁剪、复制到滑动窗口中,a为常数。
[0019]步骤6)具体为：
[0020]从滑动窗口提取的组织轮廓共k个，记为C＝{c1,c2,...c
k
},C为组织轮廓集，其中c
i
是第i个组织轮廓线，组织轮廓c
i
的像素点集为c
i
＝{(p1,q1),(p2,q2),...,(p
m
,q
m
)},m是c
i
包含的像素点个数，计算组织轮廓c
i
与血管估计中心的偏离度e
i
,根据筛选判别式goal＝min{e1,e2,...,e
k
}，得到目标goal对应的轮廓c
i
即为目标血管轮廓，1≤i≤k。
[0021]所述偏离度e
i
具体为：
[0022]其中
[0023]其中，p
j
表示轮廓i第j个像素点的横坐标，q
j
表示轮廓i第j个像素点的纵坐标，(p
i
',q
i
')表示轮廓i像素点的中心，e
i
为轮廓i与估计中心的偏离值，m表示对应轮廓的像素点个数。
[0024]所述结束规则为：
[0025]设从图像矩阵中已获取了n个血管轮廓,组成一个目标血管轮廓集合S＝{s1,s2,...,s
n
},s
i
是获取的第i个血管轮廓,其中s
i
的像素集为s
i
＝{(p1,q1),(p2,q2),...,(p
m
,q
m
)},计算轮廓s
i
的空间存在量g
i
＝m及结束判断表达式，若结束判断表达式成立,则结束规则发出停止指令，否则发出继续指令。
[0026]所述结束判断表达式为：
[0027][0028]其中，g
i
获取的第i个血管轮廓的空间存在量，即目标血管轮廓集合S中血管轮廓s
i
的空间存在量；n为目标血管轮廓集合S中血管轮廓数；α为设定参数。
[0029]所述移动规则为：
[0030]设第i张图像矩阵裁剪的起始位置为(x
i
,y
i
),返回信息素为(ρ
i
,σ
i
),滑动窗口在第i+1张图像矩阵的起始位置为A(x
i+1
,y
i+1
)，其中x
i+1
＝ρ
i
+x
i
,y
i+1
＝σ
i
+y
i
，1≤i≤N，N为滑动窗口个数。
[0031]所述返回信息素(ρ
i
,σ
i
)为：
[0032]从第i张图像矩阵中识别并获取的目标血管轮廓线为c
i
＝{(p1,q1),(p2,q2),...,(p
m
,q
m
)}，计算表达式将数对(ρ
i
,σ
i
)作为信息素返回。
[0033]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0034]1.本专利技术大量减少人工筛选操作，实现目标血管感兴趣区域独立自动筛选。
[0035]2.对输入影像实现目标血管三维模型重建，实现三维模型以STL文件格式输出。
[0036]3.采用滑动窗口，数据处理从原始整张图片[512,512]转化为对滑动窗口[n,n],n＜512的处理，极大减少目标血管感兴趣区域轮廓获取过程的时空复杂度。
[0037]4.整个三维重建过程只需对一张影像进行人工交互，极大减少人工操作，简化操作流程，缩短从医学影像输入到三维模型输出的时间。
[0038]5.本专利技术从医学影像数据的输入到血管三维模型的输出只需一次人工交互。
附图说明
[0039]图1为专利技术流程图；
[0040]图2为滑动窗口裁剪示意图。
具体实施方式
[0041]下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种血管三维模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将医学影像数据集转换为图像矩阵数据集；2)使用梯度水域分割方法对图像矩阵数据集进行处理；3)从处理后的图像矩阵数据集中选出一个图像矩阵，描述出目标血管在该图像矩阵中的位置；4)采用滑动窗口对图像矩阵进行裁剪，并将裁剪出的图像矩阵存储于滑动窗口中；5)对滑动窗口中的图像矩阵进行二值化处理，对二值化结果采用基于边界跟踪方法得到滑动窗口内所有组织轮廓；6)从组织轮廓中识别并获取目标血管轮廓；7)根据结束规则判断滑动窗口是否停止对下一个图像矩阵进行裁剪，当满足结束规则时，滑动窗口停止移动到相邻的下一个图像矩阵，否则，滑动窗口利用移动规则继续移动到下一个图像矩阵，返回步骤4)；8)将获取到的目标血管轮廓按照先后提取顺序进行合并，组成一个有序的目标血管轮廓集；9)采用移动立方体方法，对有序的目标血管轮廓集构建三维模型。2.根据权利要求1所述的一种血管三维模型的构建方法，其特征在于，步骤3)具体为：从图像矩阵数据集中选取一张包含有目标血管的图像矩阵；找出目标血管在该图像矩阵中的位置A(x1,y1)以及感兴趣区域中目标血管的估计中心3.根据权利要求1所述的一种血管三维模型的构建方法，其特征在于，步骤4)具体为：分别以(x1,y1)与(x1+a,y1+a)为原点，图像矩阵水平方向为x轴，图像矩阵竖直方向为y轴构建平面坐标系，将图像矩阵中两个坐标系构成的封闭方形区域裁剪、复制到滑动窗口中,a为常数。4.根据权利要求1所述的一种血管三维模型的构建方法，其特征在于，步骤6)具体为：从滑动窗口提取的组织轮廓共k个，记为C＝{c1,c2,...c
k
},C为组织轮廓集，其中c
i
是第i个组织轮廓线，组织轮廓c
i
的像素点集为c
i
＝{(p1,q1),(p2,q2),...,(p
m
,q
m
)},m是c
i
包含的像素点个数，计算组织轮廓c
i
与血管估计中心的偏离度e
i
,根据筛选判别式goal＝min{e1,e2,...,e
k
}，得到目标goal对应的轮廓c
i
即为目标血管轮廓，1≤i≤k。5.根据权利要求4所述的一种血管三维模型的构建方法，其特征在于，所述偏离度e
i
具体为：其中其中，p
j
表示轮廓i第j个像素点的横坐标，q
j

【专利技术属性】
技术研发人员：郭锐锋，张晓星，王鸿亮，王帅，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：