[发明专利]心脏二尖瓣装置的三维几何结构的定量分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的方法，具体是一种心脏二尖瓣装置的三维几何结构的定量分析方法。

背景技术

实时三维超声系统是当前诊断心脏二尖瓣病变的主要诊断影像工具。然而二尖瓣三维几何结构和功能的评估在临床诊断上相对有限。其一，当前临床上广泛使用的参考值一般都是在二维超声心动图中提取的；其二，传统功能指数(如左心室容积和射血分数等)没有充分利用三维数据提供的丰富空间信息来描述二尖瓣装置的复杂的解剖结构；其三，虽然有研究表明二尖瓣瓣环的马鞍形结构与其运动功能密切相关，但实际临床诊断中大多处于粗略的形态观测；最后，从解剖结构和功能的完整性来看，二尖瓣装置由二尖瓣瓣环、瓣叶、乳头肌、腱索组成，其中乳头肌和腱索组成二尖瓣瓣下牵拉装置，因此有必要对二尖瓣装置进行相对全面的分析。

经过对现有技术的检索发现，P.Nordblom和O.Bech-Hanssen在《Echocardiography：aJournal Of Cardiovascular Ultrasound and Allies Technology》(超声心动图：心血管超声及其相关技术)(2007，24-7：665-672)的文章“Reference Values Describing the Normal Mitral Valveand the Position ofthe Papillary Muscles”(“描述正常二尖瓣和乳头肌位置的参考值”)中采用的是二维超声图像，其选取的参考值均是二维截面上测量的，丢失了三维空间信息，因此只适用于二维超声仪对二尖瓣装置的量化分析。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种心脏二尖瓣装置的三维几何结构的定量分析方法，使得二尖瓣装置的重建不受成像方式的影响，得到二尖瓣装置的简化三维模型。基于此简化表示建立二尖瓣装置的局部坐标系，使其独立于采样探头的位置、心脏运动位移和受检主体位移等影响因素，从而计算二尖瓣装置的三维几何结构量化参数，描述二尖瓣装置的结构和功能，及其组分之间的空间结构关系。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、从左心尖采集的全容积三维体数据中，以人机交互的方式选取二尖瓣装置的特征点，即二尖瓣瓣环的特征点和前后乳头肌的特征点；

第二步、对二尖瓣环的特征点进行排序后，用非均匀三次B样条曲线拟合二尖瓣环，从而与前后乳头肌特征点组成二尖瓣装置的三维简化模型；

第三步、根据二尖瓣瓣环的点列建立二尖瓣装置局部坐标系；

第四步、在二尖瓣装置局部坐标下，计算二尖瓣装置的三维几何结构参数，并用体表面积对其进行标准化；

第五步、将标准化的三维几何参数作为输入，基于支持向量机的分类系统区分各类瓣膜装置病变组与正常组，实现定量分析。

所述的人机交互方式选取二尖瓣装置的特征点，是指：在一个心动周期内的任一帧，分别选取能清楚观察到二尖瓣的长轴和短轴方向各5切片，在每个切面上选取2个二尖瓣瓣环的特征点，这样得到二尖瓣瓣环特征点20个；乳头肌的特征点是乳头肌对腱索根部的作用点的中心点，在能观察到前后乳头肌顶点的5个切片上，选取前后乳头肌作用点，然后求其平均得到作用中心点，即乳头肌特征点。

所述的排序是指：

a)计算瓣环特征点{P_i}，i＝1，2，...，N的质心

b)将{P_i}和P_o投影到XOY平面上，得到相应的和i＝1，2，...，N；

c)计算关于的投影角度i＝1，2，...，N；

d)根据投影角度升序或者降序排列{P_i}得到新序列{P′_i}；

如此得到三维首尾相连的闭合特征点序列{P′_i}，i＝1，2，...，N，将其作为型值点，基于非均匀三次B样条拟合二尖瓣瓣环，构造的三次B样条拟合曲线只与前后4个约束点P′_i-1，P′_i，P′_i+1，P′_i+2有关，保持边缘特征的独立性。

所述的二尖瓣装置局部坐标系是根据拟合的二尖瓣环求得二次最优拟合平面，作为二尖瓣装置局部坐标系的参考平面，通过最优拟合平面通过最小化：

求得，其中：A，B，C为平面f(x，y，z)＝z-Ax-By-C＝0的系数，这样得到的最优参考平面为二尖瓣装置的局部坐标系的XOY平面，垂直于此平面的法向为Z轴。