一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法

本发明涉及图像建模分析领域，具体是一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法。

背景技术：

1、布加综合征(budd-chiari syndrome，bcs)患者中肝静脉及副肝静脉阻塞的介入治疗难度大、风险高，术前充分了解肝脏静脉阻塞情况，有助于提高介入治疗安全性和成功率。ct、mri等影像学检查提供的二维图像无法直观、全面、立体显示肝静脉与下腔静脉的空间位置关系。医学图像的三维成像技术在现代临床医学中起着越来越重要的作用，运用计算机图形学和图像处理技术，将人体断层二维图像序列在计算机中重建成三维图像，并在屏幕上显示人体器官的立体视图。

2、重建精度是评价三维重建软件的核心性能指标，也是后续仿真分析准确性的重要依据。血管的三维重建精度，尤其狭窄，斑块，隔膜等病灶组织建模的准确性，对生理病理组织结构认知，精确血流动力学仿真分析，甚至后期手术精准计划治疗等至观重要。目前常用的三维重建软件，依托各自核心的算法，所重建的实体模型在结构，形状，网格分布上是否存在差异，进而是否影响血流动力学参数等没有系统的研究。

3、传统血管参数的测量，对角度，直径等测量的位置捕捉不具备行为标准，都是操作者凭借观察及主观经验，在软件上进行单次或多次测量，人工操不能够保证数据的精确度。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明基于医学图像，使用多种三维重建软件进行重建，对得到的三维模型参数进行统计对比分析，为图像仿真精准度提供量化依据。

2、一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，包括如下步骤：

3、步骤一：将布加综合征患者mri图像导入mimics软件中，对需要三维重建的血管组织通过分割算法进行蒙版标记，生成新的二维dicom基准图像包；

4、步骤二：基于二维dicom基准图像包，分别导入需要进行三维精度对比的n个三维软件，生成mri三维模型，其中重建参数统一设定，导出n个stl模型进行后续建模精度对比分析；

5、步骤三：用3-matic软件依次载入n个重建的stl模型，进行对齐处理，保证对比分析数据的有效性；

6、步骤四：分别对n个重建的stl模型中感兴趣区域进行统计分析，使用组内相关系数icc进行一致性分析，评估n个三维软件建模的一致性。

7、进一步的，步骤一具体包括如下步骤：

8、步骤a1：使用mimics软件导入mri图像；

9、步骤a2：基于布加综合征的mri图像提取下腔静脉和肝静脉，采用多目标交互式阈值分割法，以横断位图像为主，同时结合矢状位和冠状位图像调节阈值范围，设定阈值上限和阈值下限，形成初始蒙版；

10、步骤a3：分别在下腔静脉、肝左静脉、肝中静脉、肝右静脉区域完成初始蒙版的修补；

11、步骤a4：使用贝叶斯分类器算法，随机提取初始蒙版中感兴趣区域roi区域及非roi区域，形成roi与非roi的训练样本集合；计算两种分类像素坐标值在训练样本中的出现频率及每个样本像素坐标值属于roi或非roi区域的条件概率估值，输出分类器；使用输出的分类器对初始蒙版中所有像素进行分类，将原始蒙版中需要重建的下腔静脉，肝静脉及其侧枝血管进行提取；

12、步骤a5：使用手动编辑蒙版工具，进行细化调整，确定最终分割蒙版；

13、步骤a6：导出包含蒙版标记的dicom文件图像，以最终修补好的初始蒙版为基础，对已完成勾画的下腔静脉肝静脉区域的所有像素上的蒙版进行灰度化计算，使该区域灰度图像为同一灰度值，统一重建的蒙版基础，导出二维dicom基准图像包。

14、优选的，步骤二中n＝4，n个三维软件为mimics软件，3d slicer软件，invesalius软件和amira软件。

15、进一步的，步骤三包括如下步骤：

16、步骤b1：对n个stl模型分别建立其坐标系，设目标stl模型为目标数据集a，对象stl模型为对象数据集b，求两个数据集的质心，假设目标数据集a和对象数据集b的质心为点分别为centroida和centroidb；

17、步骤b2：将目标数据集a和对象数据集b的中心点置于原点，求解最佳旋转矩阵，对象数据集b经过旋转平移后得到新对象数据集b’，实现与对象数据集b和目标数据集a的对齐。

18、优选的，步骤b2中求解最佳旋转矩阵通过奇异值分解法求解。

19、进一步的，步骤四中感兴趣区域的统计分析包括血管分叉处的最大平均曲率或/和血管分叉处角度。

20、进一步的，血管分叉处的最大平均曲率包括如下步骤：

21、步骤c1：基于感兴趣区域血管交叉处的三角形面片，创建能够包住三角形面片的血管交叉处圆柱体实体；

22、步骤c2：分别针对血管交叉处圆柱体实体和stl模型对象做布尔相交运算，得到血管分叉处曲率最大区域；

23、步骤c3：分别求解血管分叉处曲率最大区域的每一个三角形面片的平均曲率；

24、步骤c4：找出血管分叉处曲率最大区域中三角形面片的平均曲率的最大值。

25、进一步的，血管分叉处角度包括如下步骤：

26、步骤d1：使用拟合中心线工具，拟合血管交叉处圆柱体实体的中心线；

27、步骤d2：找寻最优拟合直线，满足三角形面片上各点到拟合直线的距离最短；

28、步骤d3：测量中心线和最优直线直接打夹角。

29、11.优选的，步骤四中组内相关系数icc的计算公式为：

30、

31、其中，msr表示行间均方，msw表示行内均方。

32、其中，当icc>0.75，代表一致性较好；当0.40≤icc≤0.75时，代表一致性一般；当icc<0.40时，代表一致性较差。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果：为解决上述技术问题，本发明基于同一个布加综合征的医学图像，使用多种三维重建软件进行重建，对得到的三维模型参数进行统计对比分析，为图像仿真精准度提供量化依据。

34、1、以往精度对比大都是在整个模型的基础上进行参数提取分析，这样不仅会生成很多冗余的数据结果，而且算法不能避免对远端非感兴趣区域参数的提取会造成结果的误判。本专利针对感兴趣的区域进行标记，并拟合出对应的圆柱体，通过布尔相交运算分离出实体子单元，对其进行曲率，中心线拟合，狭窄半径等测量分析，精准提取感兴趣区域，既减少运算量，又避免提取非感兴趣区域的参数影响数据分析结果。

35、2、目前国内外对于血管夹角的测量，都是根据操作者的主观经验，进行多次取值再取平均值，得到的数据还是不够精准。本专利通过通过拟合血管中心曲线，对分支血管中心曲线进行直线拟合再测量夹角，可以更加准确的对血管分支角度进行测量和描述。

技术特征：

1.一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于，步骤一具体包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：步骤二中n＝4，n个三维软件为mimics软件，3d slicer软件，invesalius软件和amira软件。

4.根据权利要求1所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：步骤b2中求解最佳旋转矩阵通过奇异值分解法求解。

6.根据权利要求1所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：步骤四中感兴趣区域的统计分析包括血管分叉处的最大平均曲率或/和血管分叉处角度。

7.根据权利要求6所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于，血管分叉处的最大平均曲率包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：血管分叉处角度包括如下步骤：

9.根据权利要求1所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：步骤四中组内相关系数icc的计算公式为：

10.根据权利要求9所述的一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，其特征在于：当icc>0.75，代表一致性较好；当0.40≤icc≤0.75时，代表一致性一般；当icc<0.40时，代表一致性较差。

技术总结
本发明提出一种基于布加综合征血管图像三维重建精度对比方法，属于图像建模分析领域，包括：步骤一：将布加综合征患者MRI图像导入Mimics软件中，通过分割算法进行蒙版标记，生成二维DICOM基准图像包；步骤二：分别导入n个三维软件，生成MRI三维模型，其中重建参数统一设定，导出n个stl模型进行后续建模精度对比分析；步骤三：用3‑Matic软件依次载入n个重建的stl模型，进行对齐处理；步骤四：分别对n个重建的stl模型中感兴趣区域进行统计分析，评估n个三维软件建模的一致性。本发明基于医学图像，使用多种三维重建软件进行重建，对得到的三维模型参数进行统计对比分析，为图像仿真精准度提供量化依据。

技术研发人员：唐慧,陆晔,吴美静,王镇,吴瑞鑫,叶宁垚,赵英红
受保护的技术使用者：徐州医科大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11