[发明专利]一种基于椭球拟合径向基函数的血管建模方法

说明书

一种基于椭球拟合径向基函数的血管建模方法，提取血管结构的中轴线；对于每一个血管分枝，按照中轴线将分成若干段血管；对每一段血管，构造其轴对齐矩形边界框；在矩形边界框中，基于该段血管中轴线的中心点构造其TNB坐标系；在TNB坐标系下，提取包含在矩形边界框内的血管段的表面控制点信息，经过分割处理后，识别出的血管部位灰度≥0，提取出灰度值为0的点作为表面控制点；表面控制点进行拟合，重建光滑连续的血管段；采用平滑分段多项式混合因子将隐式拟合的血管段平滑地混合，形成一个完整的血管分枝模型；继续采用SPPBO将不同的血管分枝模型混合，构成血管分枝结构，形成一个完整血管树模型。

技术领域

本发明涉及计算机医学图像处理与三维重建领域，特别是涉及一种基于椭球拟合径向基函数(radial basis functions with ellipsoid constraint)的血管建模方法。

背景技术

血管模型重建在许多临床应用中十分重要，例如，在血管手术的规划中，通过重建血管的几何形状，可以更准确地定位病变位置，并进行定量分析，这对于制定治疗计划的决定至关重要；发展计算机辅助血管手术系统的一个主要问题是配准实际血管与术前血管树对象，然而，直接从直接体绘制生成的图像定位和定位血管结构是一项极具挑战性的任务。相反，通过重构血管的几何形状，可以更容易地解决配准问题。

各种技术被提出来用于重建血管模型，这些方法可以分为显式和隐式两种，对于显式的方法，某些类型的几何图原，如柱面、锥面等，被用来表示血管表面。显示建模方法将血管的几何形状表示为多边形网格或参数曲面，它们容易产生视觉偏差，并且很难实现形状混合操作。另一种表示血管模型的方法是使用隐式函数建模，这使得实现分支变得简单。然而，目前用于血管模型重建的隐式建模技术仍然不能取得满意的结果，满足精度和平滑性的要求。

一种典型的隐式建模方法是文献1(Oeltze,S.and Preim,B.,Visualization ofVascular Structures with convolution surfaces:Method,Validation andEvaluation,IEEE Transactions on Medical Imaging,vol.25,no.3,pp.540–549,2005)提出的基于Convolution Surfaces的血管模型重建。该方法可以实现分枝结构的平滑过渡而达到高质量的血管可视化效果图，然而，由于其假设血管截面是圆形的，所以其构造出来的血管几何模型只是形态学上的近似，并不是精确的血管重建。另一种方法是文献2(Hong,Q.Q.,Li,Q.,and Tian,J.,Implicit reconstruction of vasculatures usingbivariate piecewise algebraic splines,IEEE Transactions on Medical Imaging,vol.31,no.3,pp.543-553,2012)提出了基于分段代数样条函数(PAS)的血管建模方法，其能够构造出高质量且相对精确的血管几何模型，但当血管中轴线较为弯曲时，构建模型的精确性会受到较大影响。文献3(Kretschmer,J.,Godenschwager,C.,Preim,B.,andStamminger,M.,Interactive Patient-Specific Vascular Modeling with SweepSurfaces,IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,vol.19,no.12,pp.2828-2837,2013.)提出了一种基于Sweep Surfaces的血管建模方法，该方法可以构造出相对精确的血管模型，但是其只能保证模型表面的C1连续性，且无法构造一个明确的数学表达式。以上方法都是基于扫描曲面(sweep surface)的建模方法，当血管中轴线较弯曲时，其建模的精确度会受到较大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于椭球拟合径向基函数的血管建模方法。

本发明包括以下步骤：