专利名称：基于球b样条曲线的三维血管模型构造方法
技术领域：
本发明涉及医学领域，具体涉及一种基于球B样条曲线的三维血管模型构造方法。
背景技术：
现有的血管造型技术大致可以分为两类自由模型(model-free)的方法和基于模型(model-based)的方法。自由模型的方法中最典型最常见的曲面重建方法是MC(Marching Cubes)算法。该方法通过选取一个合适的阈值并用线性插值的办法来计算出一个等值面从而将空间分为两个部分达到重建的目的。然而线性插值的使用和将空间按阈值分割成两部分的做法也过于简单，因此重建的效果并不理想。在重建之后需要通过平滑来消除曲面的锯齿效应，简单的拉普拉斯平滑方法会破坏细小的分枝。Taubin提出了低通滤波的方法，Vollmer对拉普拉斯平滑进行了改进，都取得了较好的效果。约束弹性曲面网(CESN)通过将平滑的初始曲面的顶点约束在它们所属的单元内较好地平衡了精确性和光滑性取得了理想的效果。基于模型的方法假设血管是管状的结构，利用各种几何形状和构造方法来逼近血管的横截面来达到重构血管的目的。圆柱和削去尖端的圆锥是其中最简单的和直观的。 HOhne引入了 B样条曲面来逼近小血管和神经。Bloomenthal提出的卷积曲面则能够沿着骨架结构生成一个标量场。通过选取合适的滤波器作卷积能够使标量场转化为多边形从而表达出血管的直径信息。针对管状模型构造方式的研究中，管道曲面和管状曲面是这类研究中的典型代表。管道曲面是由球心位于给定空间曲线上且半径为常量的一组球所构成的包络，而管状曲面则是一组单参量的球所构成的包络，球心所在的空间曲线和半径函数都仅与同一参量相关。Cani等人提出了一种基于骨架和再分技术的构造方法。本专利对B样条曲线进行了扩展，提出了一种基于三维中心线(骨架)的实体表示方法一一球B样条曲线。该方法不仅定义了三维实体模型内的所有点，并精确定义了其中心线(骨架)。与已有的技术相比，该技术数学基础严密，十分有利于对模型进行实时操控、变形、演化，是一个十分适合用于表达构造血管这样的管状物体的构造方法。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于球B样条曲线的三维血管模型构造方法，以解决现有技术的自由模型方法重建效果不理想，需要通过平滑消除重建后曲面的锯齿效应的缺点。为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案一种基于球B样条的三维血管模型的构造方法，包括步骤一获取医学图像的原始数据；步骤二 将血管数据和背景分离；
步骤三根据血管数据计算血管骨架线；步骤四求取血管骨架线上数据点的半径；步骤五根据骨架线和对应点半径构建血管模型；步骤六在计算机中将构建的血管模型可视化。依照本发明较佳实施例所述的构造方法，所述步骤三进一步包括步骤3. 1 计算原始GVF场；步骤3. 2 修改GVF场；步骤3. 4 计算初始骨架线，作为下一步的当前骨架线； 步骤3. 5 计算当前骨架线相邻点间的距离，对距离过远的点进行插值，保持点的致密性； 步骤3. 6:将点集IA}插值为B样条曲线以获得B样条表示的当前骨架线并计算端点处的切矢T0和Tffl,计算Q0, Q1, Qnri和Qffl对应的半径C0, C1, Cnrl和Cffl ；步骤3. 7 计算骨架线两端； 步骤3. 8 将骨架线上端点之外的所有点A移动到Qi+G^U ,i = l,... m-1，转到步骤3. 5 直到当前骨架线不再改变或达到若干迭代次数。依照本发明较佳实施例所述的构造方法，所述步骤五进一步包括步骤5. 1 用B 样条曲线插值法插值出骨架线；步骤5. 2 用B样条标量函数的方法插值出半径函数；步骤 5.3 结合半径函数和中心线得到球B样条曲线。依照本发明较佳实施例所述的构造方法，所述步骤四通过以下公式实现
权利要求
1.一种基于球B样条曲线的三维血管模型的构造方法，其特征在于，包括 步骤一获取医学图像的原始数据；步骤二 将血管数据和背景分离； 步骤三根据血管数据计算血管骨架线； 步骤四求取血管骨架线上数据点的半径； 步骤五根据骨架线和对应点半径构建血管模型； 步骤六在计算机中将构建的血管模型可视化。
2.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤三进一步包括 步骤3. 1 计算原始GVF场；步骤3. 2 修改GVF场；步骤3. 4:计算初始骨架线，作为下一步的当前骨架线；步骤3. 5 计算当前骨架线相邻点间的距离，对距离过远的点进行插值，保持点的致密性；步骤3. 6:将点集IA}插值为B样条曲线以获得B样条表示的当前骨架线并计算端点处的切矢T0和Tm,计算Q0, Q1, Qnrl和Qm对应的半径C0, C1, Cnrl和Cm ； 步骤3. 7:计算骨架线两端；步骤3. 8 将骨架线上端点之外的所有点&移动到(^+GOii)，i = 1，. . . m-1，转到步骤 3. 5直到当前骨架线不再改变或达到若干迭代次数。
3.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤五进一步包括 步骤5. 1 用B样条曲线插值法插值出骨架线步骤5. 2 用B样条标量函数的方法插值出半径函数； 步骤5. 3 结合半径函数和中心线得到球B样条曲线。
4.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤四通过以下公式实现
5.如权利要求3所述的构造方法，其特征在于，所述步骤5.1通过现有技术计算，结果可表示为以下公式
6.如权利要求3所述的构造方法，其特征在于，所述步骤5.2通过现有技术计算，结果可表示为以下公式
7.如权利要求3所述的构造方法，其特征在于，所述步骤5.3通过以下方式实现
8.如权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤3.2进一步包括 步骤3. 2. 1 对处于目标内部的GVF场，保持大小但使之反向；步骤3. 2. 2 对处于边界上的GVF场则求其不含目标边界的邻域的平均值。
9.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述球B样条曲线为
10.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述三维血管骨架包括一条三维B样条曲线表示的中心线=和一个B样条标量函数表示的半径函数
全文摘要
本发明提供一种基于球B样条曲线的三维血管模型的构造方法，包括步骤一获取医学图像的原始数据；步骤二将血管数据和背景分离；步骤三根据血管数据计算血管骨架线；步骤四求取血管骨架线上数据点的半径；步骤五根据骨架线和对应点半径构建血管模型；步骤六在计算机中将构建的血管模型可视化。本发明提供的构造方法得到的三维血管模型具有精确度高，误差小的优点。
文档编号G06T17/00GK102184567SQ20111011436
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者冷昶, 周明全, 武仲科, 王醒策, 田沄 申请人:北京师范大学