[发明专利]超声和CT图像融合的心脏影像建模方法、系统及设备

说明书

本发明公开了超声和CT图像融合的心脏影像建模方法，应用于集成了心脏影像建模及其融合系统的嵌入式设备，包括如下步骤：获取人体心脏腔室的CT图像及二尖瓣超声图像数据；对人体心脏的CT图像进行阈值分割；基于阈值分割后的结果建立心脏腔室的三维模型；在患者二尖瓣超声影像数据上选取点云数据，并利用样条曲线拟合二尖瓣叶的中间轮廓线，得到二尖瓣叶轮廓线；通过曲面拟合得到二尖瓣叶的曲面模型；对心脏腔室的三维模型和二尖瓣叶的曲面模型进行空间配准，得到基于超声‑CT图像的心脏影像融合模型。本发明还公开了相应的系统和设备。融合模型能够为医生提供心脏的动态可视化效果。

技术领域

本发明涉及医学影像数据三维重建技术领域，特别涉及超声和CT图像融合的心脏影像建模方法、系统及设备。

背景技术

目前心脏疾病已经成为危及人类健康和生命安全的头等疾病之一。心脏病有多种类型，常见的有冠心病、心律失常、心肌病变及瓣膜性心脏病等，其中瓣膜性心脏病，尤其是二尖瓣病变的发病率逐年上升。利用医学影像深入分析二尖瓣及其在心房心室中的模型结构，对于瓣膜性心脏病的预防和诊断具有重要意义。

随着医学成像技术的快速发展，越来越清晰的心脏断层和超声图像能够帮助医生对心脏疾病进行准确的诊断。CT图像可避免影像的重叠，清晰显示心脏腔室的解剖形态和连接关系；同时，CT电影扫描对显示心室壁的运动有利，有助于诊断各瓣膜疾病。至于超声图像，经食管三维超声心动图在显示心脏瓣膜(二尖瓣)上优于CT图像。超声三维重建心脏瓣膜结构具有较高的空间分辨率和准确率。然而，单一的CT图像或者超声图像在反映心脏腔室及二尖瓣总体结构上具有不可避免的缺陷。CT图像上二尖瓣模糊不清且边界难以界定，结构不能很好地反映出来；超声图像则难以完整地显示心脏腔室的解剖影像。单一模态影像技术虽然各有所长，但不能全方位且多层次地反映病人心脏的整体结构和评估疾病状态。

二维图像在表现三维物体上有着天然的缺陷，由强大的成像系统得到的图像所包含的丰富信息无法得到更好的利用，加之人体心脏结构十分复杂，所以对诊断医生的临床经验要求非常高。利用心脏医学图像来建立心脏的动态三维模型，能够为医生提供心脏的动态可视化效果，并由此三维模型计算出来的功能参数有利于医生对心脏疾病的诊断。

尽管已有学者根据心脏解剖学结构建立了心脏的数学模型，并利用医学影像建立了心脏的三维模型。但大部分研究仅仅使用单一模态的影像进行心脏建模，带有单一模态的固有缺陷(黄志勇,杭飞,庄建,岑坚正,黄美萍.一种心脏模型对结构性心脏病手术进行模拟与评估的方法[P].广东省：CN107126257B,2020-05-22.)。本发明将超声和CT图像建立的模型融合起来，充分发挥两种成像方式的优点并获得准确完整的心脏模型结构，方便医生分析处于心脏腔室大环境下的二尖瓣形态特征，进而便于对瓣膜性心脏病做评估。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的心脏三维重建模型不能够兼顾反映人体二尖瓣和心脏腔室结构的问题，因此提出超声和CT图像融合的心脏影像建模方法、系统及设备。

为解决上述技术问题，本发明提供了超声和CT图像融合的心脏影像建模方法，应用于集成了心脏影像建模及其融合系统的嵌入式设备，包括如下步骤：

获取人体心脏腔室的CT图像及二尖瓣超声图像数据；

对人体心脏的CT图像进行阈值分割；

基于阈值分割后的结果建立心脏腔室的三维模型；

在患者二尖瓣超声影像数据上选取点云数据，并利用样条曲线拟合二尖瓣叶的中间轮廓线，得到二尖瓣叶轮廓线；

基于二尖瓣叶轮廓线，通过曲面拟合得到二尖瓣叶的曲面模型；

对心脏腔室的三维模型和二尖瓣叶的曲面模型进行空间配准，得到基于超声-CT图像的心脏影像融合模型。