[发明专利]一种人体冠状动脉血管的递推建模方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理与医学成像的交叉领域，具体涉及一种人体冠状动脉血管的递推建模方法。

背景技术

国内外在人体心血管建模这方面做的不是很深入，最常用到的一个冠状动脉血管模型是Dodge依据很多个病人的造影图像重建得到的冠状动脉三维结构，建立一个具有共性的冠状动脉血管模型。但是它是一个静态的模型，而且只考虑到了不同个体冠状动脉的共性，不能表达个体的特异性。至于在动态冠状动脉建模方面，也并未明确强调模型的建立，其主要是通过从医学图像(如X射线造影图)序列中提取出血管的运动信息，再将该信息作为可变模型的约束条件，并作用于被初始化的三维静态冠状动脉树使之发生形变，在一定程度下可以理解为动态血管模型。但由于它受到所选取医学图像的限制，因而仅能反映出个体的特异性，而不能代表共性。显然，如何建立既具有共性又具有个性的冠状动脉血管模型是一个难题。

另外，国外也有人做过心脏动态模型的研究，且以双心室建模较为常见。一般做法是，根据心脏的电生理学建立心脏的电生理方程，利用心脏的心肌模型，通过电传导建立心脏的运动。但是由于很难直接得到人体的心脏的心肌模型，大部分这种心脏动态模型都是通过一些动物(如狗等)的数据建立的，不能表达人体冠状动脉血管的特殊性，更不能满足指导X射线血管造影三维重建的医学成像诊断需求。

申请人于2008年5月28日提交了“动态模型指导下的血管造影三维重建方法”中国专利文献(公开号为CN101301207A，公开日为2008年11月12日)。该方法通过对提取的每层心脏切片轮廓采样，获取心脏表面的三维采样点，再利用B样条对这些采样点进行曲面拟合，建立心脏三维静态模型。而之后在建立心脏动态模型时只考虑到腔室表面法向的运动，未考虑切向运动，这便导致了在心脏动态模型基础上建立起来的冠状动脉血管三维动态模型也存在着同样运动信息不准的缺陷，进而影响到血管造影三维重建的效果。此外，在冠状动脉血管模型更新部分的差异性判据仅利用到个体与个体之间对应血管间的平均距离，而未结合个体在生理坐标系下的分布情况，所以，在有些情况下，并不能准确的反映出实际差异。

发明内容

本发明提供了一种人体冠状动脉血管的递推建模方法，利用该方法可以得到一个更加接近人体生理实际的动态的冠状动脉血管模型。

本发明提供的人体冠状动脉血管的递推建模方法，该方法包括下述步骤：

第1步建立冠状动脉血管三维静态模型，其过程为：

(1.1)提取冠状动脉血管切片轮廓；

(1.2)提取冠状动脉血管的中轴点与半径，中轴点为冠状动脉血管切片轮廓的形心，同时假设冠状动脉为圆形，冠状动脉血管的半径为轮廓的内切圆半径；

(1.3)重建冠状动脉血管三维骨架模型：把步骤(1.2)提取的冠状动脉血管各个分支的中轴点用B样条曲线进行拟合得到冠状动脉血管三维骨架模型，即初始时刻下的冠状动脉血管中轴三维静态模型；

(1.4)构建带半径的冠状动脉三维模型：在所述的冠状动脉血管三维骨架模型上使用广义圆柱模型加入半径信息，建立带半径的冠状动脉三维模型，即冠状动脉血管三维静态模型；

第2步建立冠状动脉血管三维动态模型，其过程为：

(2.1)建立冠状动脉血管中轴三维动态模型：

利用冠状动脉血管与心包的附着关系，将心包动态模型的运动信息转化为冠状动脉血管的运动信息，该运动信息包括法向运动矢量和切向运动矢量；在冠状动脉血管中轴取等间隔的点作为冠状动脉血管取样点，在冠状动脉血管取样点上添加冠状动脉血管的运动信息，以建立心动周期的七个阶段内的运动模型，得到它们在整个心脏周期的运动模型；然后对这些取样点在同一时刻的位置进行B样条曲线拟合得到对应于每一时刻的冠状动脉血管中轴三维静态模型，一个周期中所有时刻的冠状动脉血管中轴三维静态模型组成冠状动脉血管中轴三维动态模型；

(2.2)在冠状动脉血管中轴三维动态模型上加半径信息，得到冠状动脉血管三维动态模型；

第3步利用从不同个体的单臂X射线造影图像重建得到的三维冠状动脉血管树，补充和更新冠状动脉血管三维动态模型，其过程为：

(3.1)利用单臂X射线造影图像，构建造影系统世界中心坐标系下的不同个体的三维冠状动脉血管树；在重建得到的三维冠状动脉血管树中找到与冠状动脉血管中轴三维静态模型中血管对应的血管段为参考血管段；

(3.2)对重建的三维冠状动脉血管树进行空间变换，计算变换后的参考血管段与其在冠状动脉血管中轴三维静态模型中的对应血管段的平均距离，当该距离最小时得到最佳变换矩阵；