[发明专利]使用统计曲率分析的三维测量

说明书

说明书

发明背景

发明领域

本发明一般涉及计算机执行方法，用于将微分计算几何学和统计学应用于检测三维计算机模型形状，该三维计算机模型表示了某结构的一系列连续的两维图像。说明了十二种新的曲率测量。这些测量法被用于由三角形组成的三维计算机模型表面。某已知结构有与功能紊乱或者缺点相关的异常表面曲率特征，其三维图像的集合被用于训练软件识别某异常结构的特定曲率特征。多重线性回归被应用于三维测试模型的曲率测量并且其结果被优化以消除多重共线性并保持高的回归系数。

背景技术

在许多医疗诊断协议中的整体步骤是与所关注解剖区域相关的结构异常性检测。因此，许多现今的医疗诊断使用了医学成像的结构分析，直接的通过影像的解释，或者间接的通过所关注解剖区域的三维计算机模型的生成和解释。医学成像的分析可能是困难的并且很耗时间，而且观察者的主观看法常常模糊了图像的解释。用以提供对表面区域和内部解剖结构形状的客观测量的计算机化的方法可以提供相关于结构缺陷的异常性检测。

例如，大脑动脉瘤，也就是“浆果动脉瘤”，典型的是颅骨内动脉瘤。已经知道它们在许多人中日益增多的扩大，并且它们被认为是由于动脉血液流冲击动脉壁内部弹性层的薄弱区域而形成的。基于尸体解剖研究，在一般人群中产生这些动脉瘤的比例为1％-8％。对于有未破裂动脉瘤的人，每年破裂的危险是1-2％，一生中有这样一次破裂的危险是大约50％。现代存在对于动脉瘤的有效治疗方法以防止破裂。因而，有效的诊断可以潜在的大大减少动脉瘤带来的发病率和死亡率。

传统的检测动脉瘤的诊断协议包含大脑血管造影术和磁共振血管造影术(MRA)。大脑血管造影术是一个侵入过程，其中，针管被通入到头颅内血管并且注射入对比材料以使血管壁可见。这个过程是昂贵的，耗时间的，并且导致严重的潜在并发症，并发症可以导致动脉破裂，中风，和死亡，尽管这种并发症的危险性很小(小于1％)。另一方面，MRA是较小侵入性，较小时间花费，并且比大脑血管造影术危险性小。

微分几何被广泛地用作分析不同的几何形状并且计算几何是使用微分几何的数学方法快速确定表面特征的方法。计算几何的技术被应用于蛋白质-蛋白质交互的预报(Duncan等，″Shape Analysis of Molecular Surfaces，″Biopolymers，33：231-238，1993)，合成药剂剂量的影响表面分析(Lam，″The Combined Actions ofAgents Using Differential Geometry of Dose-effect Surfaces，″Bulletin ofMathematical Biology，54：813-826，1992)，和生物学表面成长研究。

计算几何被用于医疗领域里用于诊断肺癌的曲率分析(Kawata等，″ComputerAided Diagonosis System for Lung Cancer Based on Helical CT Images，″ICIAP`97 Proceedings，2：420-427，1997)，心脏动脉瘤(Fantini等，″QuantitativeEvaluation of Left Ventricular Shape in Anterior Aneurysms，″Catheterization and Cardiovascular Diagnosis，28：295-300，1993)，和脑瘤治疗评定(Dai等，″Intracranial Deformation Caused by Brain Tumors：Assessment of 3-D Surface by Magnetic Resonance Imaging，″IEEE Transactionon Medical Imaging，12，4：693-702，1993)。所有这些过程使用平滑，以避免曲率的较大变动，而在测量解剖结构时常常看见曲率的较大变动。然而，平滑过程，经常使曲率的测量失真。

最近的发展已经应用了表面曲率分析以在三维表面上抽取特征线(Monga等，″From Partial Derivatives of 3-D Density Images to Ridge Lines，″Visualization in Biomedical Computing，VBC’92，Proceedings，pp.118-129，1992)但是没有应用到大脑脉管系统的三维表面。