基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法及终端技术

本发明专利技术公开了一种基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法及终端，重建三维心脏模型；输入心电图信号，采用斜率阈值方法对心电图信号进行特征提取，以得到心电图特征数据，使用心电图特征数据驱动三维心脏模型的心脏跳动；使用基于示例形状匹配的方法来仿真心脏在跳动过程中发生的形变；使用特征驱动的方法令三维心脏模型不断重复示例形状匹配的过程；构建心脏跳动仿真系统。本发明专利技术利用基于示例的形状匹配和特征驱动的方法来模拟心脏运动过程中的形变，在兼顾心脏跳动真实感仿真的同时，增加了对心脏周期内运动状态的控制，实现心脏跳动的个性化仿真，以满足心脏跳动仿真的实时性和真实感。的实时性和真实感。的实时性和真实感。

【技术实现步骤摘要】
基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法及终端


[0001]本专利技术涉及虚拟手术中人体器官仿真
，特别涉及一种基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法及终端。

技术介绍

[0002]人体心脏的跳动是一种非常复杂的生理过程，这其中包含心肌细胞的收缩变化、生物电信号的产生与传播等生理系统的反应。但就心脏跳动的表面运动情况来看，其可以理解为周期性收缩舒张的形变运动。对人体心脏跳动的模拟必须能够真实合理地反应心脏跳动的规律，为用户提供逼真的视觉效果。具体来讲就是：在实时性方面，能够在一个视觉反馈循环时间段内真实地体现心脏跳动的周期性规律；在逼真度方面，要在心脏跳动过程中发生合理的几何形变，符合心脏跳动的基本形变规律。
[0003]Dawson等人采用关键帧技术来仿真心脏跳动，这种技术首先将心脏跳动过程中各个关键时刻的形变预先存储起来，然后模拟时再将存储的形变进行循环播放。因此该方法只能模拟正常的心脏跳动，并且形变效果有限。Seemann等人使用类似细胞自动机的方式对心脏的形变行为进行仿真。该方法考虑了心脏组织的生理特性、心脏生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法，其特征在于，包括步骤：S1、重建三维心脏模型；S2、输入心电图信号，采用斜率阈值方法对所述心电图信号进行特征提取，以得到心电图特征数据，使用所述心电图特征数据驱动所述三维心脏模型的心脏跳动；S3、使用基于示例形状匹配的方法来仿真心脏在跳动过程中发生的形变；S4、使用特征驱动的方法令所述三维心脏模型不断重复示例形状匹配的过程；S5、构建心脏跳动仿真系统。2.根据权利要求1所述的基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11、利用VHP数据集中的心脏图片集提取心脏区域数据集并对其进行预处理；S12、运用限定阈值的区域生长法对预处理后的心脏区域数据集中的心脏轮廓进行分割；S13、利用分区域绘制的方法实现三维面片模型的重建；S14、运用图形接口实现心脏三维模型的渲染。3.根据权利要求2所述的基于示例形状匹配和特征驱动的心脏跳动仿真方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31、用x坐标表示粒子的位置，当粒子受到环境碰撞及外力的响应后，得到一组示例形变，分别用x0,
…
,x
k
表示；S32、假设已知一个弹性固体在四面体网格中的离散表示为n个节点和c个元素，之后令X∈R
3n
表示未发生形变物体的位置向量，令x∈R
3n
表示物体发生形变后的配置；在系统稳定的形状匹配算法中可以得知变换矩阵A
r
是平方能量的最小值：∑
i
m
i
||A
r
q
i
‑
p
i
||2；其中，其中q
i
＝x
0i
‑
c
0r
表示粒子相对于重心的初始位置，p
i
＝x
i
‑
c
r
表示粒子相对于重心的当前位置；将变换矩阵A
r
作为局部区域r的形变梯度的近似值，其张量分量S
r
为右拉伸张量，即：并使用张量分量S
r
∈R6来量化给定的形变配置x；将步骤S31中得到的k个示例形变依次转化为形变空间描述变量S
i
＝S(x
i
)，其中，S表示图形映射，x
i
表示当前的示例形变，进而构成示例歧管；S33、通过以下最小化二次能量表达式来不断逼近：其中，向量范数|
·
|ζ用来匹配基本张量二范数的总和，目标函数W(x
w
,w)作为插值能量，其最小化定义了投影∏：R
6m
→
ζ到的映射，其中R表示纯旋转矩阵，m表示空间维度，其插值线段S(w)的映射，w∈[0,1]在投影∏下是可实现歧管ζ的一个示例线段S(x
w
)；S34、将x
w

【专利技术属性】
技术研发人员：王娜，
申请(专利权)人：福建技术师范学院，
类型：发明
国别省市：