[发明专利]一种三维血管分叉可视化重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程和计算机视觉技术领域，具体涉及一种能够高效逼真地对血管任意分叉区域的表面模型进行重建的三维血管分叉可视化重建方法。

背景技术

血管结构的三维表面模型对临床诊断、虚拟手术、放射治疗和解剖教学方面具有非常重要的意义，血管的几何结构是影响血液流动和比如动脉粥硬化、脑动脉瘤和肝血管瘤等血管病变的主要因素之一。血管的三维模型对临床医学的作用体现在：（1）从血管的三维结构上观察和确定病变位置，做出快速诊断；（2）对管道的形态比如长度、大小等进行定量的分析；（3）为手术计划提供直观的参考依据。

能够提供血管动态形变的血管表面模型是虚拟手术可视化非常有必要的部分，但是人体器官血管树的结构往往很复杂，主要原因在于血管的分支上存在分叉区域，而且分叉区域的分支数量多少不一，少则1到3个，多则6到8个，这给重建血管的三维表面模型带来很大的挑战性。如何高效地重建出与真实血管分叉在形态和体积上的误差相对极小的表面模型，是血管三维可视化的一个关键问题。

目前，M Teichmann使用基于点云的改进alpha-shape方法实现物体的表面重建；Marching Cubes算法可以从三维血管的点云结构重建出血管的表面，渲染速度很快，但是这些方法重建出来的表面对点云的密度比较敏感，表面比较粗糙，而且得到的血管表面模型缺少拓扑结构信息，不方便进行人工干预。Youn is Hi jazi等使用基于血管树中间线来重建血管的表面模型，但是其表面的构造使用过于简化的三角形轮廓构成，而且其分叉区域的重建是基于凸面体结构，严重依赖于几何造型。Feiniu Yuan等则使用挖洞和曲面细分的方法来重建肝脏的三维血管分叉，在视觉和精度上取得了较好的效果，但当分叉区域的分叉的数量过多的时候，逐步挖洞嫁接分支的过程会变得非常复杂，计算量会变得非常大，而且各分支的相互交叉也难以处理。。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种三维血管分叉可视化重建方法，该方法不仅能够高效地重建出与真实血管分叉在形态和体积上误差极小的表面模型，还能够降低分叉区域重建的复杂性和提高重建效率。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种三维血管分叉可视化重建方法，包括如下步骤：

S1：构造血管的血管树中间线，将所述血管树中间线按管径大小组合构造为各条主分支，所述任一主分支与其他主分支相交的点为分叉点，所述每一个分叉点标识一个分叉区域；

S2：根据所述血管树中间线重建血管的自由管道表面，得到血管树的初步表面模型；

S3：根据所述血管树的初步表面模型，利用缺口边界配对方法重建三维血管分叉区域。

本发明的三维血管分叉可视化重建方法利用缺口边界配对方法重建三维血管分叉区域，能够降低分叉区域重建的复杂性和提高重建效率。

在本发明的一种优选实施例中，所述血管树中间线的构造方法为：

S11：对各条血管树中间线进行取样，得到平滑的中间线；

S12：标记各个分叉点，所述血管树中间线的每条主分支是由从原始血管树中间线的一个分叉点开始的连续最大管径的中间线线段按前后顺序连接而成,对于任意血管树，所述主分支的数量等于叶子节点的数量。

本发明对血管树中间线进行等间隔取样，忽略其他的点，得到简化平滑处理的中间线，再把整个血管树各条中间线拼接合并为各条主分支，使血管树的表面模型易于重建。

在本发明的另一种优选实施例中，根据所述血管树中间线重建血管的自由管道表面，得到血管树的初步表面模型的方法为：

S21：对所述血管树中间线的每个点生成等效截面圆环；

S22：对所有主分支上的前后相邻的所述等效截面圆环用三角面连接成管道表面。

本发明管道表面所有的点都是截面圆环的点，每个点是带矢量属性的，非常方便实现管道的伸缩形变，为后期的动态血管模拟提供良好的几何结构基础。

在本发明的再一种优选实施例中，重建血管的自由管道表面时，所述管道表面上的所有几何结构都按照CGAL多面体标准构造。

本发明充分利用CGAL几何标准的多面体结构信息，在对每个分叉区域进行重建时，不管有多少个分支，都可以高效准确地完成，能够很好地解决各分支相交的问题。

在本发明的一种优选实施例中，根据所述血管树的表面模型，利用缺口边界配对方法重建三维血管分叉区域的步骤为：

S31：截取所述三维血管分叉区域；