专利名称：基于树状结构的三维脑血管模型构造方法
技术领域：
本发明属于医学领域，具体涉及一种基于树状结构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，常用的是采用管状或者球状表示血管模型，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)，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
针对现存的方法并没有考虑血管拓扑结构、在处理过程中破坏细小分支的缺陷，本发明提出了一种基于树状结构的三维脑血管模型的构建方法，该模型采用树状结构符合脑血管的拓扑特性，采用球结合中心线方式表示单根血管，该描述方法能够对脑血管病变区域进行检测，并能针对不·同大小的显示窗口采用多尺度方式进行绘制。为实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案:基于树状结构的三维血管模型构造方法，包括以下步骤:(I)从CT或者MRA设备获取三维脑血管体数据场；(2)采用分割算法分离脑血管和背景噪声；(3)计算脑血管骨架线；(4)根据骨架线构建树状脑血管拓扑结构；(5)根据骨架线采用弹性球算法计算每个节点脑血管半径；(6)将构建的树状结构脑血管进行三维显示。优选地,所述步骤(2)包括:(2.1)采用高斯滤波对三维脑血管体数据场进行平滑处理，经过MIP投影得到MIP图像，采用二维OTSU算法借助MIP图像获得三维血管种子点；(2.2)定义全局与局部信息相结合的区域增长规则，通过区域增长算法对血管进行粗分割，得到区域增长血管轮廓；
(2.3)采用Catt扩散模型对三维脑血管体数据场进行各项异性滤波，采用局部自适应C-V模型，将初步分割结果作为自适应活动轮廓模型的初始轮廓线进行二次分割。优选地，所述步骤(3)中是采用Hessian矩阵的方法计算脑血管走势。优选地，所述步骤(5)是通过弹性球运动力方程的构造，寻找弹性球中心线。优选地，所述步骤(2.3)通过以下公式实现:
权利要求
1.基于树状结构的三维脑血管模型构造方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)从CT或者MRA设备获取三维脑血管体数据场； (2)采用分割算法分离脑血管和背景噪声； (3)计算脑血管骨架线； (4)根据骨架线构建树状脑血管拓扑结构； (5)根据骨架线采用弹性球算法计算每个节点脑血管半径； (6)将构建的树状结构脑血管进行三维显示。
2.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(2)包括: (2.1)采用高斯滤波对三维脑血管体数据场进行平滑处理，经过MIP投影得到MIP图像，采用二维OTSU算法借助MIP图像获得三维血管种子点； (2.2)定义全局与局部信息相结合的区域增长规则，通过区域增长算法对血管进行粗分割，得到区域增长血管轮廓； (2.3)采用Catt扩散模型对三维脑血管体数据场进行各项异性滤波，采用局部自适应C-V模型，将初步分割结果作为自适应活动轮廓模型的初始轮廓线进行二次分割。
3.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(3)中是采用Hessian矩阵的方法计算脑血管走势。
4.如权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(5)是通过弹性球运动力方程的构造，寻找弹性球中心线。
5.如权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(2.3)通过以下公式实现:
6.如权利要求3所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(3)所述获得脑血管中心线和半径信息的具体求取过程如下: 设置弹性力矢量方程，决定弹性球中心走向:
7.如权利要求2所述的构造方法，其特征在于，所述树状脑血管拓扑结构的构建方法如下: 采用节点方式表示每一个分支血管结构，数据结构组织如下:Struct Node{ 父亲节点， {中线点位置，半径，圆面法向量}， 左孩子节点， 右孩子节点} 骨架上节点分类如下: 端点:骨架线开始或者终止的位置，端点的邻域关系为:只有一个邻接点； 普通点:构成骨架线的基本点，普通点周围存在两个临接点； 分叉点:骨架线的分支点，分叉点是二分结构，分叉点周围存在三个邻接点； 树状拓扑结构构建: 在上述节点分类的基础上，采用深度优先的侧率构建血管树状拓扑结构，算法如下: Step 1:将当前观察节点为起始点，直接建立一新树结构，并把当前点作为根节点存A ； Step2:进入下一个待观察节点； Step3:当前观察点为普通点，加入到正在处理的节点结构中，返回Step2 ;否则转向Step4 ； Step4:若观察点为分叉点，建立两个新节点分别作为该节点的左孩子节点和右边孩子节点，针对左孩子节点和右边孩子节点，分别递归进入Step2 ； Step5:当处理完所有的节点后，血管树的拓扑结构构建完毕。
全文摘要
本发明提供一种基于树状结构的三维脑血管模型构造方法，首先，从CT或者MRA设备获取三维脑血管体数据场；采用分割算法分离脑血管和背景噪声；其次，计算脑血管骨架线；根据骨架线构建树状脑血管拓扑结构；再次，根据骨架线并采用弹性球算法计算每个控制点脑血管半径；最后，将构建的树状结构脑血管进行三维显示。本发明提供的构造方法符合脑血管的空间拓扑结构信息，具有血管显示精度高，结果误差小的优点。能够对脑血管病变区域进行检测，并能针对不同大小的显示窗口采用多尺度方式进行绘制。
文档编号G06T7/60GK103247073SQ20131013639
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者周明全, 解立志, 武仲科 申请人:北京师范大学