特征参数确定方法及装置与流程

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种特征参数确定方法及装置。

背景技术：

血管性耳鸣比较常见，我国约900万患者，严重影响生活质量。临床工作中发现颞骨蜂房是耳鸣发生的重要影响因素之一，但其具体作用机理不清，导致目前缺乏针对颞骨蜂房进行耳鸣研究的方法。

除了颞骨结构的极度复杂性给研究带来的挑战，在人体与动物实验研究颞骨蜂房对耳鸣声音传导的影响作用也存在一些难以逾越的障碍。首先，临床应用的设备，如CT、MRI等常规扫描技术虽能显示形态学的异常，但无法显示声音震动在颞骨蜂房内的空气动力学传导过程；其次，在人体上根本无法通过设计不同的实验条件(随意改变颞骨气化程度及含气状态)进行全面、细致研究，并且一部分实验还有可能会对患者及志愿者的身体健康构成危害。

技术实现要素：

鉴于此，本发明实施例提供了一种特征参数确定方法及装置，以解决现有人体与动物实验研究中存在的一些难以逾越的障碍。

本发明实施例提供了一种特征参数确定方法，包括：基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型；对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果；记录所述颞骨三维力学计算机模型中至少一个部位的特征参数；调整所述至少一个部位的特征参数；对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第二测试结果；基于所述至少一个部位的特征参数、第一测试结果、调整后的所述至少一个部位的特征参数以及第二测试结果，确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。

可选的，上述的方法中，所述至少一个部位的特征参数包括：乙状窦骨板缺损尺寸、乙状窦骨板缺损位置、乙状窦内的模拟血流的流体力学特性、乳突内气体体积中的一项或多项。

可选的，上述的方法中，所述对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果，包括：在所述颞骨三维力学计算机模型的乙状窦骨板缺损部位施加模拟振动波；通过有限元数值分析，计算所述模拟振动波传导至所述颞骨三维力学计算机模型鼓室区出口处的振动波强度；其中，计算得到的所述振动波强度即所述第一测试结果。

可选的，上述的方法还包括：根据所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出颞骨三维实体模型；对所述颞骨三维实体模型进行声音测试，得到第三测试结果；结合所述第三测试结果，验证并修正所述第一测试结果；根据调整后的所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出调整后的颞骨三维实体模型；对所述调整后的颞骨三维实体模型进行所述声音测试，得到第四测试结果；结合所述第四测试结果，验证并修正所述第二测试结果。

可选的，上述的方法中，所述颞骨影像包括多个颞骨断面影像；以及所述基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型，包括：分别对所述多个颞骨断面影像进行重建，得到多个二维数字图像；根据所述多个二维数字图像中各二维数字图像对应的三维构建参数，构建颞骨三维模型；对所述颞骨三维模型进行修补，得到所述颞骨三维力学计算机模型。

本发明实施例还提供了一种特征参数确定装置，包括：建立模块，用于基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型；第一测试模块，用于对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果；记录模块，用于记录所述颞骨三维力学计算机模型中至少一个部位的特征参数；调整模块，用于调整所述至少一个部位的特征参数；第二测试模块，用于对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第二测试结果；确定模块，用于基于所述至少一个部位的特征参数、第一测试结果、调整后的所述至少一个部位的特征参数以及第二测试结果，确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。

本发明实施例提供的技术方案，基于颞骨影像建立颞骨三维力学计算机模型，然后通过对述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试得到第一测试结果，完全脱离了人体或动物体试验，仅需要一个颞骨影像即可进行试验和研究；另外，还可根据试验需要随便改变颞骨三维力学计算机模型的试验条件，使得试验数据更加全面，且对于研究成果的准确性有很大的帮助。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的特征参数确定方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的特征参数确定方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的技术方案中涉及到的颞骨三维实体模型进行声音测试的原理图；

图4为本发明一实施例提供的特征参数确定装置的结构框图。

具体实施方式

本发明的设计思想是：基于耳部颞骨影像，如HRCT(High Resolution CT,高分辨率CT)图像建立包含详细解剖学、空气动力学信息的不同气化程度、含气状态的颞骨三维力学模型。对力学模型进行有限元分析，在乙状窦缺损位置处施加固定频率振动波，计算其在颞骨蜂房及鼓室内传导状态，阐释不同气化程度、含气状态蜂房对振动波传导的影响规律。当然，为了验证虚拟实验的结果准确性，还可根据上述计算机力学模型，应用聚苯乙烯PSB构建相应颞骨蜂房类型的三维实体模型，在乙状窦缺损位置处施加与有限元模型相同的振动波，探测传导至鼓室的振动信号，验证有限元模型研究结果；从不同层次研究耳鸣发生所必须的颞骨蜂房状态，何种气化程度、含气状态的颞骨蜂房能阻碍声音传导及其阻碍声音传导的严重程度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的说明书、权利要求书及上述附图中描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行。操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的特征参数确定方法的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

101、基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型。

102、对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果。

103、记录所述颞骨三维力学计算机模型中至少一个部位的特征参数。

104、调整所述至少一个部位的特征参数。

105、对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第二测试结果。

106、基于所述至少一个部位的特征参数、第一测试结果、调整后的所述至少一个部位的特征参数以及第二测试结果，确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。

上述101中，所述颞骨影像包括多个颞骨断面影像。相应的，上述基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型可采用如下方法实现：分别对所述多个颞骨断面影像进行重建，得到多个二维数字图像；根据所述多个二维数字图像中各二维数字图像对应的三维构建参数，构建颞骨三维模型；对所述颞骨三维模型进行修补，得到所述颞骨三维力学计算机模型。其中，所述三维构建参数可以是：各二维数字图像的层厚、各二维数字图像之间的层间距、各二维数字图像的排布顺序等等。例如，利用CTviewer软件行重建横断面图像，得到每个断面影像对应的二维数字图像；然后利用Mimics10.0处理CT图像，CT图像导入Mimics10.0后，可设置层厚、层间距、像素；随后选择颞骨骨性结构边缘、血管内壁、外壁等等；基于选择出的骨性轮廓、血管轮廓等，构建颞骨三维模型；最后，利用Geomagic软件处理CT图像，修补颞骨三维模型中的破损部位，反复修补直到模型光滑无坏面，到最终的所述颞骨三维力学计算机模型。

上述102中，虚拟声音振动波测试可理解为利用计算机相应力学分析软件进行的测试。相应的，上述对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果，包括：在所述颞骨三维力学计算机模型的乙状窦骨板缺损部位施加模拟振动波；通过有限元数值分析，计算所述模拟振动波传导至所述颞骨三维力学计算机模型鼓室区出口处的振动波强度；其中，计算得到的所述振动波强度即所述第一测试结果。

上述103中，所述至少一个部位的特征参数包括：乙状窦骨板缺损尺寸、乙状窦骨板缺损位置、乙状窦内的模拟血流的流体力学特性、乳突内气体体积等中的一项或多项。

上述104中调整的特征参数，可以是乙状窦骨板缺损尺寸、乙状窦骨板缺损位置、乙状窦内的模拟血流的流体力学特性、乳突内气体体积等中的一项或多项。例如，一次仅调整上述各特征参数中的一个参数，分别通过上述虚拟声音振动波测试后，以得到调整特征参数对声音振动波传导的影响规律；再同时调整上述的所有特征参数进行上述虚拟声音振动波测试，以得到所有特征参数整体上对声音振动波传导的影响规律。

具体实施时，可通过力学实验软件对所述颞骨三维力学计算机模型中的相应参数进行修改可以实现特征参数的调整。

上述105中，采用同上102中所提到的虚拟声音振动波测试方法，对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行试验。

上述106中，虚拟声音振动波测试得到的测试结果为声音强度值。通过比较调整前和调整后声音强度值变化即可确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。例如，调整乙状窦骨板缺损尺寸前、后，测试得到的鼓室区出口处的振动波强度降低，则说明乙状窦调整后的缺损尺寸对声音振动波传导有影响。

这里需要说明的是：上述实施例中的特征参数的调整可为3次、5次或更多次；次数越多，每次调整的量越小，其得到的测试结果越多，相应的基于这些测试结果确定出的影响声音振动波传导的目标部位的特征参数就越准确。

本实施例提供的技术方案，基于颞骨影像建立颞骨三维力学计算机模型，然后通过对述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试得到第一测试结果，完全脱离了人体或动物体试验，仅需要一个颞骨影像即可进行试验和研究；另外，还可根据试验需要随便改变颞骨三维力学计算机模型的试验条件，使得试验数据更加全面，且对于研究成果的准确性有很大的帮助。

图2为本发明另一实施例提供的特征参数确定方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：

201、基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型。

202对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果。

203、记录所述颞骨三维力学计算机模型中至少一个部位的特征参数。

204、根据所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出颞骨三维实体模型。

205、对所述颞骨三维实体模型进行声音测试，得到第三测试结果。

206、结合所述第三测试结果，验证并修正所述第一测试结果。

207、调整所述至少一个部位的特征参数。

208、对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第二测试结果。

209、根据调整后的所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出调整后的颞骨三维实体模型。

210、对所述调整后的颞骨三维实体模型进行所述声音测试，得到第四测试结果。

211、结合所述第四测试结果，验证并修正所述第二测试结果。

212、基于所述至少一个部位的特征参数、验证并修正后的所述第一测试结果、调整后的所述至少一个部位的特征参数以及验证并修正后的所述第二测试结果，确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。

有关上述201、202、203、207、208、212可参见上述实施例的101～106中的各步骤，此次不在赘述。

上述204中提到的成型技术，可采用铸造或3D打印技术。例如，采用3D打印技术，可选用金属材料粉末作为颞骨三维实体模型中颞骨骨性结构的打印材料，选用可溶性尼龙材料粉末作为颞骨三维实体模型中血管的打印材料。一种可实现的方案是：对所述颞骨三维力学计算机模型进行切片，得到多个切片厚度在0.1～0.2mm的切片单元；以0.1～2mm的打印层厚及2～10mm/s的打印速度，使用打印材料打印所述多个切片单元，以堆叠形成所述颞骨三维实体模型。

上述205中，声音测试即通过在颞骨三维实体模型添加振动波设备及振动探测器进行的测试。例如，在颞骨三维实体模型的乙状窦沟区(如图3中的乙状窦沟骨板c)施加振动波。该振动波需与模拟振动波的振幅和频率相同。在所述颞骨三维实体模型的鼓室区出口设置振动探测器，以探测振动波传导至鼓室区出口的振动强度。如图3所示，颞骨三维实体模型包括：乳突b、乙状窦沟骨板c、乙状窦内血流d、乙状窦e及鼓室a’；应用石蜡封闭乳突b结构，于鼓室a’区出口连接振动探测器a(示意图3)。在实验过程中，在乙状窦沟骨板区施加振动波，探测传导至振动探测器a的振动。

上述206中，验证第一测试结果的目的是为了验证虚拟声音振动波测试的准确性。修正的目的是为了减小所述虚拟声音振动波测试和针对实体模型进行的声音测试中存在的误差。其中，修正的方式可以是：取平均，或者是在所述虚拟测试结果与实体模型测试结果相差较大时，选取实体模型测试结果的方式。例如，若第一测试结果与第三测试结果相同，则第一测试结果即为修正后的所述第一测试结果；若第一测试结果与第三测试结果的差异在容许范围内，则可取第一测试结果和第三测试结果的平均值作为修正后的所述第一测试结果；若所述第一测试结果与第三测试结果的差异超出所述容许范围，则将所述第三测试结果作为修正后的所述第一测试结果。

上述209中提到的成型技术同上述204中的内容，此次不再赘述。

这里需要说明的是：若调整的特征参数为血流特性参数，则采用上述209制备出的实体模型是无法体现的。因此，在210步骤的声音测试过程中可通过调整模拟血液泵，以改变泵向颞骨三维实体模型的血管中的液体(该液体与血液粘度相似)。即在进行实体的声音测试时，需增设模拟血液泵以向模拟三维实体模型的血管中输入模拟血液。

上述210中提到的声音测试过程同上述205中的相应内容，此处不再赘述。上述211中所涉及的验证和修正内容可参见上述206中的相关内容，此次不再赘述。

本实施例通过颞骨计算机数值分析模型和实体模型的方法，系统性研究不同气化程度及含气状态的颞骨蜂房对耳鸣声音传导的影响规律，进而明确耳鸣发生所必须具备的颞骨气化程度及含气状态，以及那些气化程度和含气状态的颞骨蜂房能够阻碍声音传导及其阻碍声音传导的不同能力。

应用高仿真建模的平台进行研究的重要前提是必须保证模型结构的真与人体结构的一致性，才能保证研究结果的可靠性。因此，给予个体化的患者医学图像为基础，通过结构阈值和手工修正的方法建模是保证模型结构与研究活体解剖结构保持一致的重要方法。为了避免研究结构的偏倚，通过结构一致的计算机模型和实体模型相互印证研究方式是重要的解决方法。计划应用高仿真计算机建模和聚苯乙烯PSB实体模型平台，分别研究不同颞骨蜂房气化程度及含气状态对耳鸣声音传导的影响规律，并对两组结构相互验证，明确何种颞骨蜂房气化程度及含气状态是耳鸣发生的重要前提条件，以及何种颞骨蜂房气化程度、含气状态能够阻碍耳鸣声音的传导及其阻碍声音传到的明显程度。

采用基于血管性耳鸣患者真实解剖结构创建的颞骨三维数值模拟模型和颞骨三维实体模型的研究方法。首先分别针对血管内流场、血管旁骨板、颞骨蜂房中的每个影响因素设置不同的实验条件，分别定量化研究上述3种因素对血管性耳鸣声音的发生、传导的影响规律；然后同时改变血管内流场、血管旁骨皮质板及颞骨蜂房的实验条件，研究该3种影响因素在血管性耳鸣发生中的组合性效应。通过对数值模拟和实体模型实验研究结果进行对比，并相互验证，达到揭示血管性耳鸣发生机制、关键因素和必要条件的目的。在此研究基础之上，进一步完善血管性耳鸣病因影响诊断的特征性指标，并为临床创新针对耳鸣影响因素进行的个性化手术测量提供理论依据。

本实施例所应用的数值模拟和实体模型实验研究的优势是模型容易获得，其中关于乙状窦内流场、乙状窦沟骨板、颞骨蜂房等多个因素设置的不同实验条件均非常容易进行控制和调整。其中，数值模型计算机模型中不同的乙状窦内流场、乙状窦沟骨板、颞骨气化程度均可在建模软件中方便的通过改变定义上述结构集合参数来模拟，而生理状态、力学性能等方面的不同，则可简单地通过改变模型相应的生理和物理输入参数来实现。实体模型中乙状窦人工血管、乙状窦沟骨板不同厚度及缺损程度、颞骨蜂房不同气化程度均是根据颞骨三维集合模型为模板，利用快速成型设备构建出来的，而对不同实验条件的血管内流场可简单地利用蠕动泵进行控制和实现。这样就可以避开人体实验和动物模型实验方面的障碍，将耳鸣影响因素作为一个整体，方便地定量研究各种影响因素对耳鸣发生的影响规律以及这些影响因素的组合性效应，从而显著地改进我们对这一疾病发生机制及病理生理学方面的认识。

需要说明的是：上述实施例所提供方法的各步骤的执行主体均可以是同一设备，或者，该方法也由不同设备作为执行主体。比如，步骤101至步骤103的执行主体可以为设备A；又比如，步骤101和102的执行主体可以为设备A，步骤103的执行主体可以为设备B；等等。

图4示出了本发明一实施例提供的特征参数确定装置的结构框图。如图4所示，本实施例提供的所述装置包括：建立模块40、第一测试模块41、记录模块42、调整模块43、第二测试模块44和确定模块45。其中，建立模块40用于基于颞骨影像，建立颞骨三维力学计算机模型。第一测试模块41用于对所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第一测试结果。记录模块42用于记录所述颞骨三维力学计算机模型中至少一个部位的特征参数。调整模块43用于调整所述至少一个部位的特征参数。第二测试模块44用于对调整后的所述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试，得到第二测试结果。确定模块45用于基于所述至少一个部位的特征参数、第一测试结果、调整后的所述至少一个部位的特征参数以及第二测试结果，确定出影响声音振动波传导的目标部位的特征参数。

本实施例提供的技术方案，基于颞骨影像建立颞骨三维力学计算机模型，然后通过对述颞骨三维力学计算机模型进行虚拟声音振动波测试得到第一测试结果，完全脱离了人体或动物体试验，仅需要一个颞骨影像即可进行试验和研究；另外，还可根据试验需要随便改变颞骨三维力学计算机模型的试验条件，使得试验数据更加全面，且对于研究成果的准确性有很大的帮助。

进一步的，上述至少一个部位的特征参数包括：乙状窦骨板缺损尺寸、乙状窦骨板缺损位置、乙状窦内的模拟血流的流体力学特性、乳突内气体体积中的一项或多项。

进一步的，所述第一测试模块41还用于：

在所述颞骨三维力学计算机模型的乙状窦骨板缺损部位施加模拟振动波；

通过有限元数值分析，计算所述模拟振动波传导至所述颞骨三维力学计算机模型鼓室区出口处的振动波强度；

其中，计算得到的所述振动波强度即所述第一测试结果。

进一步的，上述实施例提供的所述装置还可包括：制备模块、第三测试模块、验证和修正模块和第四测试模块。其中，制备模块46用于根据所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出颞骨三维实体模型；第三测试模块用于对所述颞骨三维实体模型进行声音测试，得到第三测试结果；验证和修正模块用于结合所述第三测试结果，验证并修正所述第一测试结果；所述制备模块还用于根据调整后的所述颞骨三维力学计算机模型，采用成型技术制备出调整后的颞骨三维实体模型；第四测试模块用于对所述调整后的颞骨三维实体模型进行所述声音测试，得到第四测试结果；所述验证和修正模块还用于结合所述第四测试结果，验证并修正所述第二测试结果。

进一步的，所述颞骨影像包括多个颞骨断面影像；以及所述建立模块40还用于：分别对所述多个颞骨断面影像进行重建，得到多个二维数字图像；根据所述多个二维数字图像中各二维数字图像对应的三维构建参数，构建颞骨三维模型；对所述颞骨三维模型进行面修补，得到所述颞骨三维力学计算机模型。

这里需要说明的是：上述实施例提供的特征参数确定装置可实现上述各方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述各方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。