一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統，其方法包括：S1、獲取心臟瓣膜的二維醫學圖像；S2、對獲取的二維醫學圖像進行預處理；S3、對預處理后的二維醫學圖像進行三維重建，得到三維幾何模型；S4、對所述三維幾何模型的不同部位進行標記，并賦予不同的邊界條件，求解相應的泊松方程，進而得出心臟瓣膜各處的纖維方向。本發明專利技術基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統代替了映射建立與種群平均數據的獲取過程，直接通過幾何形狀與方程求解獲得纖維方向。本發明專利技術基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統提高了計算效率，可以方便快捷地得到纖維方向，節省大量計算資源。增加了將瓣膜研究應用于臨床醫療的可能性。療的可能性。療的可能性。

【技術實現步驟摘要】
一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統


[0001]本專利技術涉及瓣膜纖維生成
，特別涉及一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統。

技術介紹

[0002]心臟瓣膜是心臟中調節血液流動方向的機械組成部分。從結構上講，它們由具有高度非線性彈性行為的多層組成。許多心臟相關的問題與瓣膜有關，大多數在主動脈瓣和二尖瓣上，如主動脈狹窄、主動脈瓣功能不全等。基于樣條的微結構映射的瓣膜纖維生成方法主要是從三維超聲心動圖(3DE)成像中生成患者特異性心臟瓣膜模型所需的成分，并提出基于樣條曲線的映射技術，應用于主動脈瓣研究。
[0003]參照圖1
?
2，基于樣條曲線的映射技術的具體算法流程如下：
[0004](1)獲取新的體內實時經食管三維超聲心動圖(3DE)數據；
[0005](2)模擬出心臟周期中的瓣膜幾何形狀；
[0006](3)將瓣膜形狀的閉合曲線轉換為一個開放曲面；
[0007](4)建立種群平均纖維結構；
[0008](5)通過一個公共參數空間將任何主動脈瓣標本的纖維結構映射到任何其他主動脈瓣的幾何形狀。
[0009]由于該方法是建立在真實數據集上的映射，而不是使用模擬心臟瓣膜幾何形狀，從3DE數據中確定(經瓣膜壓力約為零時)的體內形狀。然后獲得種群平均瓣膜結構數據，測定其纖維結構，接著將纖維結構映射到體內的“參考”結構上。該過程需要建立在種群平均數據相對準確的基礎上，對數據的真實性準確性要求較高。

技術實現思路

[0010]本專利技術要解決的技術問題是提供一種方便快捷、計算效率高、節省大量計算資源的基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法。
[0011]為了解決上述問題，本專利技術提供了一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，所述基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法包括以下步驟：
[0012]S1、獲取心臟瓣膜的二維醫學圖像；
[0013]S2、對獲取的二維醫學圖像進行預處理；
[0014]S3、對預處理后的二維醫學圖像進行三維重建，得到三維幾何模型；
[0015]S4、對所述三維幾何模型的不同部位進行標記，并賦予不同的邊界條件，求解相應的泊松方程，進而得出心臟瓣膜各處的纖維方向。
[0016]在本專利技術的一個實施例中，步驟S3和S4之間還包括以下步驟：
[0017]選用非結構化四面體網格對所述三維幾何模型進行網格剖分，生成具有網格單元和節點的三維幾何模型。
[0018]在本專利技術的一個實施例中，所述泊松方程為：
[0019][0020]相應的邊界條件為：
[0021][0022]其中，K各向同性常數擴散系數，K＝KI，Ω為求解域，因此，泊松方程退化為齊次拉普拉斯方程，Δφ＝0，在求解域Ω上將邊界條件帶入有限元計算中，求解方程，生成一個平滑的線性插值特征φ，n1,n2,γ1,γ2分別為標記的不同部位，φ＝1表示n1為終點，φ＝0表示n2為起點，表示方向與γ1,γ2平行，為了求解潛在的偏微分方程(1)，將偏微分方程(1)轉換為弱形式，在求解域Ω上積分，用線性四面體元素離散，用相應的邊界條件(2)求解得到特征φ；
[0023]分配纖維方向，根據得到的特征φ計算得到纖維方向。
[0024]在本專利技術的一個實施例中，通過以下公式計算得到纖維方向：
[0025][0026]其中，T纖維方向。
[0027]在本專利技術的一個實施例中，所述預處理包括圖像過濾、圖像分割和動態區域增長。
[0028]本專利技術還提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述方法的步驟。
[0029]本專利技術還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時實現上述方法的步驟。
[0030]本專利技術還提供了一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成系統，其包括以下模塊：
[0031]圖像獲取模塊，用于獲取心臟瓣膜的二維醫學圖像；
[0032]預處理模塊，用于對獲取的二維醫學圖像進行預處理；
[0033]三維重建模塊，用于對預處理后的二維醫學圖像進行三維重建，得到三維幾何模型；
[0034]纖維方向計算模塊，用于對所述三維幾何模型的不同部位進行標記，并賦予不同的邊界條件，求解相應的泊松方程，進而得出心臟瓣膜各處的纖維方向。
[0035]在本專利技術的一個實施例中，所述基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成系統還包括：
[0036]網格剖分模塊，選用非結構化四面體網格對所述三維幾何模型進行網格剖分，生成具有網格單元和節點的三維幾何模型。
[0037]在本專利技術的一個實施例中，所述泊松方程為：
[0038][0039]相應的邊界條件為：
[0040][0041]其中，K各向同性常數擴散系數，K＝KI，Ω為求解域，因此，泊松方程退化為齊次拉普拉斯方程，Δφ＝0，在求解域Ω上將邊界條件帶入有限元計算中，求解方程，生成一個平滑的線性插值特征φ，n1,n2,γ1,γ2分別為標記的不同部位，φ＝1表示n1為終點，φ＝0表示n2為起點，表示方向與γ1,γ2平行，為了求解潛在的偏微分方程(1)，將偏微分方程(1)轉換為弱形式，在求解域Ω上積分，用線性四面體元素離散，用相應的邊界條件(2)求解得到特征φ；
[0042]分配纖維方向，根據得到的特征φ，通過以下公式計算得到纖維方向：
[0043][0044]其中，T為纖維方向。
[0045]本專利技術的有益效果：
[0046]本專利技術基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統代替了映射建立與種群平均數據的獲取過程，直接通過幾何形狀與方程求解獲得纖維方向。本專利技術基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法及系統提高了計算效率，可以方便快捷地得到纖維方向，節省大量計算資源。增加了將瓣膜研究應用于臨床醫療的可能性。
[0047]上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本專利技術的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。
附圖說明
[0048]圖1是現有基于樣條曲線的映射方法的流程圖；
[0049]圖2是現有基于樣條曲線的映射方法的原理圖；
[0050]圖3是本專利技術實施例一中基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法的流程圖；
[0051]圖4是本專利技術實施例一中標記后的三維幾何模型；
[0052]圖5是本專利技術實施例一中生成的瓣膜纖維示意圖。
具體實施方式
[0053]下面結合附圖和具體實施例對本專利技術作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本專利技術并能予以實施，但所舉實施例不作為對本專利技術的限定。
[0054]實施例一
[0055]如圖1所示，本實施例公開了一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取心臟瓣膜的二維醫學圖像；S2、對獲取的二維醫學圖像進行預處理；S3、對預處理后的二維醫學圖像進行三維重建，得到三維幾何模型；S4、對所述三維幾何模型的不同部位進行標記，并賦予不同的邊界條件，求解相應的泊松方程，進而得出心臟瓣膜各處的纖維方向。2.如權利要求1所述的基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，其特征在于，步驟S3和S4之間還包括以下步驟：選用非結構化四面體網格對所述三維幾何模型進行網格剖分，生成具有網格單元和節點的三維幾何模型。3.如權利要求2所述的基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，其特征在于，所述泊松方程為：div(K
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φ)＝0inΩ(1)相應的邊界條件為：其中，K各向同性常數擴散系數，K＝KI，Ω為求解域，因此，泊松方程退化為齊次拉普拉斯方程，Δφ＝0，在求解域Ω上將邊界條件帶入有限元計算中，求解方程，生成一個平滑的線性插值特征φ，n1,n2,γ1,γ2分別為標記的不同部位，φ＝1表示n1為終點，φ＝0表示n2為起點，表示方向與γ1,γ2平行，為了求解潛在的偏微分方程(1)，將偏微分方程(1)轉換為弱形式，在求解域Ω上積分，用線性四面體元素離散，用相應的邊界條件(2)求解得到特征φ；分配纖維方向，根據得到的特征φ計算得到纖維方向。4.如權利要求3所述的基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，其特征在于，通過以下公式計算得到纖維方向：其中，T纖維方向。5.如權利要求1所述的基于泊松方程的心臟瓣膜的纖維生成方法，其特征在于，所述預處理包括圖像過濾、圖像分割和動態區域增長。6.一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：袁元，朱長江，李義強，蔡力，
申請(專利權)人：上海域圓信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：