[发明专利]一种基于空洞区域三角剖分的血管分叉表面重建方法

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，具体涉及一种基于空洞区域三角剖分的对血管任意分叉区域的表面模型进行重建的血管分叉表面重建方法。

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、大小等进行定性的分析；（3）为手术计划提供直观的参考依据。

针对血管树的重建,一般可以分为简单表面重建和矢量模型重建两种。简单表面重建技术通过血管边界的体素直接构造表面,多采用Marching Cube及MPU等方法进行重建。矢量模型重建一般需先得到血管的骨架结构及管径信息等矢量信息，根据这些数据重建血管模型。常规的矢量建模有柱面拟合、圆台面拟合、B样条以及基于截面轮廓直接构造等方法。

简单表面重建方法简单,效率较高,但是由于整个模型仅仅是根据对象表面的三角化,因此构造的模型只能用于血管的观测,不能反映所构建对象的分级、管径、长度及曲率等信息.血管矢量重建法相对简单表面重建虽然算法和建立过程较复杂,但是有着其他方法无可比拟的优势.首先这类方法所建立的模型具有矢量性和可重构性；其次通过该方法建立的血管模型具有高逼真的可视化效果,该方法可以通过不同的颜色及纹理渲染等方式,对血管管径、分级情况等信息进行绘制,从而重建的模型更加逼真,并拥有较多的信息量.血管矢量重建技术可广泛的用于肝血管、心血管和脑血管等的诊断、脏器术前手术规划及模拟、医学解剖教学及训练中.

但是矢量建模也有自身的难点，突出的一个问题是不能高效精准地重建复杂分叉区域的闭合过渡表面。一是因为分叉区域的分支数量不一，简单血管分叉一般有2个或者3个分支，但复杂血管分叉的分支多达6个以上；二是由于分支之间的角度、走向以及管径等复杂多变，很难构造分支与分支之间平滑过渡的表面。

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基于空洞区域三角剖分的血管分叉表面重建方法，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，本发明提供了一种基于空洞区域三角剖分的血管分叉表面重建方法，包括如下步骤：

S1：构造血管骨架线管状表面，所述骨架线为多叉树，骨架线由连续的中间点构成，每个骨架线段对应一棵树的一个节点，所述管状表面用三角面环绕构成；

S2：在所述管状表面的分叉区域，一个分支上的任一截面的轮廓点如果处在其他分支等效柱体内侧,就把该点和与该点相连的边以及三角面删除，同时标志其他所有与该点相邻的顶点为空洞边界点；

S3：对所述分叉区域进行二维映射，把分叉区域等效地投影变为二维平面拓扑图；

S4：利用基于空洞区域剖分的方法填补二维拓扑平面，重建血管分叉区域的表面；

S5：利用空洞区域三角剖分填补法重建整个血管树。

本发明基于血管骨架线和管径重建血管管道表面，使重建出来的血管模型具有完整的矢量性和可重构性。保持了与CT图像中真实血管一致的拓扑信息，能够很好地反映出血管的分支走向和管道大小等信息；同时采用的矢量特性为更高级的交互功能，如血管动态形变等，提供了良好的几何基础。

本发明的基于空洞区域三角剖分的血管分叉表面重建方法在重建分叉区域的过渡表面时，充分利用分支与分支之间的“互吃”关系，将分叉区域“互吃”后形成的空洞等效地剖分到各个剖分三角中，通过对各个剖分三角内的空洞进行填补达到重构整分叉区域的过渡表面；另外，表面的过渡拼接仅仅是对各个分支的空洞边界进行非规则四边形填补，计算量小，鲁棒性强，重建效率高。本发明对分叉区域的重建，紧紧围绕血管分支原有的拓扑走向和管道大小来进行分支“互吃”、分叉二维映射、三角剖分以及填补三角空洞，尽可能的保持了真实血管分叉的拓扑形态，重建模型准确。

在本发明的一种优选实施例中，所述构造血管骨架线管状表面的方法为：

S11：重组血管骨架线，对于任一当前骨架线段，假设编码为SL(i)，那么它的各个孩子节点对应的段按平均管径由大到小排列，最大者共用当前段编码SL(i)，其他段依次编为SL(i*10+k)，其中，i为正整数，k范围从2开始到孩子节点总数；