一种计算机应用技术领域的心脏二尖瓣装置的三维几何结构的定量分析方法，通过建立二尖瓣装置的三维简化模型并对其二尖瓣装置局部坐标系的三维几何结构参数作为基于支持向量机的分类系统的输入，实现定量分析。本发明专利技术使得二尖瓣装置的重建不受成像方式的影响，得到二尖瓣装置的简化三维模型。基于此简化表示建立二尖瓣装置的局部坐标系，使其独立于采样探头的位置、心脏运动位移和受检主体位移等影响因素，从而计算二尖瓣装置的三维几何结构量化参数，描述二尖瓣装置的结构和功能，及其组分之间的空间结构关系。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种计算机应用
的方法，具体是一种。
技术介绍
实时三维超声系统是当前诊断心脏二尖瓣病变的主要诊断影像工具。然而二尖瓣三维几何结构和功能的评估在临床诊断上相对有限。其一，当前临床上广泛使用的参考值一般都是在二维超声心动图中提取的；其二，传统功能指数(如左心室容积和射血分数等) 没有充分利用三维数据提供的丰富空间信息来描述二尖瓣装置的复杂的解剖结构；其三， 虽然有研究表明二尖瓣瓣环的马鞍形结构与其运动功能密切相关，但实际临床诊断中大多处于粗略的形态观测；最后，从解剖结构和功能的完整性来看，二尖瓣装置由二尖瓣瓣环、 瓣叶、乳头肌、腱索组成，其中乳头肌和腱索组成二尖瓣瓣下牵拉装置，因此有必要对二尖瓣装置进行相对全面的分析。经过对现有技术的检索发现，P. Nordblom和0. Bech-Hanssen在 ((Echocardiography a Journal Of Cardiovascular Ultrasound and Allies Technology)) (超声心动图心血管超声及其相关技术)(2007,24-7 =665-672)的文章“Reference Values Describing the Normal Mitral Valveand the Position ofthe Papillary Muscles"( “描述正常二尖瓣和乳头肌位置的参考值”)中采用的是二维超声图像，其选取的参考值均是二维截面上测量的，丢失了三维空间信息，因此只适用于二维超声仪对二尖瓣装置的量化分析。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种，使得二尖瓣装置的重建不受成像方式的影响，得到二尖瓣装置的简化三维模型。基于此简化表示建立二尖瓣装置的局部坐标系，使其独立于采样探头的位置、心脏运动位移和受检主体位移等影响因素，从而计算二尖瓣装置的三维几何结构量化参数，描述二尖瓣装置的结构和功能，及其组分之间的空间结构关系。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括以下步骤第一步、从左心尖采集的全容积三维体数据中，以人机交互的方式选取二尖瓣装置的特征点，即二尖瓣瓣环的特征点和前后乳头肌的特征点；第二步、对二尖瓣环的特征点进行排序后，用非均勻三次B样条曲线拟合二尖瓣环，从而与前后乳头肌特征点组成二尖瓣装置的三维简化模型；第三步、根据二尖瓣瓣环的点列建立二尖瓣装置局部坐标系；第四步、在二尖瓣装置局部坐标下，计算二尖瓣装置的三维几何结构参数，并用体表面积对其进行标准化；第五步、将标准化的三维几何参数作为输入，基于支持向量机的分类系统区分各类瓣膜装置病变组与正常组，实现定量分析。所述的人机交互方式选取二尖瓣装置的特征点，是指在一个心动周期内的任一帧，分别选取能清楚观察到二尖瓣的长轴和短轴方向各5切片，在每个切面上选取2个二尖瓣瓣环的特征点，这样得到二尖瓣瓣环特征点20个；乳头肌的特征点是乳头肌对腱索根部的作用点的中心点，在能观察到前后乳头肌顶点的5个切片上，选取前后乳头肌作用点，然后求其平均得到作用中心点，即乳头肌特征点。所述的排序是指1 Na)计算瓣环特征点{PJ , i = 1,2,... ,N的质心忍巧；丄N ib)将{PJ和P0投影到XOY平面上，得到相应的{月}和忍，i = 1,2, ... ,N；c)计算{月}关于忍的投影角度湞}，i = 1,2,... ,N；d)根据投影角度祸}升序或者降序排列{PJ得到新序列{P' J ；如此得到三维首尾相连的闭合特征点序列{P' J,i = 1，2，...，N，将其作为型值点，基于非均勻三次B样条拟合二尖瓣瓣环，构造的三次B样条拟合曲线只与前后4个约束点P' η，P' i，P' i+1，P' Μ有关，保持边缘特征的独立性。所述的二尖瓣装置局部坐标系是根据拟合的二尖瓣环求得二次最优拟合平面，作为二尖瓣装置局部坐标系的参考平面，通过最优拟合平面通过最小化Yj(Z1-Axl-Byl-C)2g{A, B, C)=」------^2+β2+1求得，其中=A, B, C为平面f(x, y，ζ) = ζ-Αχ-By-C = 0的系数，这样得到的最优参考平面为二尖瓣装置的局部坐标系的XOY平面，垂直于此平面的法向为Z轴。所述的二尖瓣装置的三维几何结构参数包括二尖瓣瓣环有效面积SA，即二尖瓣环在最优参考平面的投影面积；前后乳头肌距离Damv即前后乳头肌特征点的三维空间欧式距离；乳头肌与二尖瓣瓣环的距离Dia和DPM_A，即乳头肌到二尖瓣瓣环最优参考平面的三维欧式距离；前后乳头肌夹角θ A“_PM，即前后乳头肌和瓣环中心点的三维空间夹角。本专利技术的有益效果是(1)基于人机交互的方式提取二尖瓣装置上的特征点，基本不受成像方式的影响，可以用于超声、CT、MRI等三维数据重提取二尖瓣复杂精细的空间特征信息； (2)从结构和生理解剖的完整性考虑，充分利用三维成像数据的空间信息，建立了包括二尖瓣瓣环和瓣下乳头肌的简化模型；C3)在二尖瓣局部坐标系下，提出了新的二尖瓣装置三维空间结构的描述子；(4)将这些结构特征输入到支持向量机分类系统识别各种二尖瓣病变，辅助研究二尖瓣病变机理、临床诊断和手术规划。附图说明图1为左心尖采集的三维体数据。图2为在三维切面提取二尖瓣装置的特征点。图3为二尖瓣装置的重建和三维几何参数示意图。图4为二尖瓣装置局部坐标系的最优参考平面示意图。图5为一个心动周期内二尖瓣装置的动态变化。图6为收缩末期(红圈)和舒张末期(蓝圈)的二尖瓣装置几何变化。 具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下实例应用的环境是一台Wiilips SOnOs7500型实时三维超声诊断仪和一台 IntelPentium IV 2. 4GHz，2G内存的台式电脑，条件是三维矩阵(matrix)探头位于左心尖采集Full-volume数据可以清楚分辨二尖瓣装置与背景的差异。以任一全心动周期采集的全容积数据示例来作进一步详细的叙述(I)Philips Sonos7500实时三维超声仪采集的数据大小为144X160X208，图1 为左心尖采集的三维超声心动图示意图。在一个心动周期内的任一帧，以人机交互的方式选取二尖瓣装置的特征点，即二尖瓣瓣环的特征点和前后乳头肌的特征点，如图2所示。(2)对二尖瓣环的特征点进行排序后，用非均勻三次B样条曲线拟合二尖瓣环，从而与前后乳头肌特征点组成二尖瓣装置的三维简化模型，如图3所示。(3)根据二尖瓣瓣环的点列建立二尖瓣装置局部坐标系。二尖瓣装置局部坐标系根据拟合的二尖瓣环求得二次最优拟合平面，作为二尖瓣装置局部坐标系的参考平面，如图4所示。这样得到的最优参考平面为二尖瓣装置的局部坐标系的XOY平面，垂直于此平面的法向为Z轴。(4)在二尖瓣装置局部坐标下，计算新的二尖瓣装置的三维几何结构参数，并用体表面积对其进行标准化。二尖瓣装置的三维几何结构参数，如图3所示，包括二尖瓣瓣环有效面积SA，即二尖瓣环在最优参考平面的投影面积；前后乳头肌距离Damv即前后乳头肌特征点的三维空间欧式距离；乳头肌与二尖瓣瓣环的距离Dia和DPM本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种心脏二尖瓣装置的三维几何结构的定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、从左心尖采集的全容积三维体数据中，以人机交互的方式选取二尖瓣装置的特征点，即二尖瓣瓣环的特征点和前后乳头肌的特征点；第二步、对二尖瓣环的特征点进行排序后，用非均匀三次Ｂ样条曲线拟合二尖瓣环，从而与前后乳头肌特征点组成二尖瓣装置的三维简化模型；第三步、根据二尖瓣瓣环的点列建立二尖瓣装置局部坐标系；第四步、在二尖瓣装置局部坐标下，计算二尖瓣装置的三维几何结构参数，并用体表面积对其进行标准化；第五步、将标准化的三维几何参数作为输入，基于支持向量机的分类系统区分各类瓣膜装置病变组与正常组，实现定量分析。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋薇，杨新，孙锟，王静，邱俊蔚，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31
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