人心脏血管系统血管段间拓扑关系构建与几何连接

发布时间：2017-08-31 16:15

  本文关键词：人心脏血管系统血管段间拓扑关系构建与几何连接

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【摘要】：近年来,对于心脏血管的研究越来越受到人们的重视。我国每年死于心血管疾病的人数一直呈现上升阶段,于此同时高昂的医疗费用也给社会造成了巨大的经济负担,这就迫使医生急切的想要了解心脏血管的组成。随着医学影像技术的发展,现代医疗中介入式放射疗法是救治心血管疾病最及时、有效的方法之一。操作复杂、高风险的心脑血管介入手术,促使医生利用仿真系统进行训练成为一种重要的临床医疗方式。而血管的三维重建与血管段之间的拓扑关系以及血管参数化段之间的连接是开发心脏虚拟手术系统的重要基础,即为真实的仿真血管中血流的流动与生理行为提供基础性的支撑,同时能够可视化地研究血液动力学、血管狭窄病变等病理[1]。心脏血管系统是一个结构复杂的系统,构建完整的心脏血管系统对于临床医学中仿真血管中的血流流动具有十分重要的意义。本文在以VTK可视化工具和Marching Cubes算法所重构的心脏血管等值面基础上,将血管系统视为由一个一个血管分支组成的树状结构,每个血管分支又由若干段组成,对于一个段提出了用包围盒的交互式分割方法,充分利用人的视觉与判定能力实现对复杂血管系统的有效分割;对于分割出的血管段,即主表面,提出了用圆台体模型作为血管段的数学解析模型并利用最小二乘原理和最速梯度下降法对主表面的顶点坐标的计算拟合出了血管段的圆台模型。为了建立血管段之间的拓扑关系,我们提出了通过前驱与后继以及后继数目来表示同分支血管段间以及各血管分之间的拓扑关系,设计标号算法实现了对段与段之间拓扑关系的准自动化构建。由于采用固定方位的包围盒进行血管段的分割与建模,以致多建模的血管段可能存在相交重叠的情况,我们设计同分支间血管段的连接算法完成相邻血管段重叠部分的检测和去除并通过圆环实现了段与段之间的几何连接。本文设计的心脏血管段间拓扑关系的构建与几何连接方法,为实现整个心脏血管拓扑结构的构建以及仿真血管的血流流动奠定了基础。
【关键词】：交互式分割 拓扑结构表示 准自动化构建 血管段的连接
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R54;TP391.41
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 国内研究动态10-14
• 1.2.1 国内基于心脏血管拓扑关系构建的研究现状10-12
• 1.2.2 国外基于心脏血管拓扑关系构建与几何连接的研究现状12-14
• 1.3 研究内容与论文结构14-16
• 1.3.1 研究的基本内容14-15
• 1.3.2 论文结构15-16
• 第2章 面向心脏血流运动模拟需求的血管系统几何表示16-27
• 2.1 心脏血管系统表示方法概述16-18
• 2.2 血管段的分割方法18-21
• 2.2.1 图像分割简介18-20
• 2.2.2 基于包围盒的交互式分割方法20-21
• 2.3 血管段圆台表面模型的构建21-24
• 2.3.1 圆台体的标准方程21-22
• 2.3.2 空间任意位置圆台体的方程22-23
• 2.3.3 血管段圆台模型的建模方法23-24
• 2.4 血管段的对象表示24-27
• 第3章 血管段拓扑结构准自动化构建27-41
• 3.1 提出准自动化构建的缘由27
• 3.2 参考段及其实现27-32
• 3.2.1 参考段的概念27
• 3.2.2 可视化工具VTK的简单介绍27-31
• 3.2.3 参考段的实现（基于VTK的参考段三维可视化）31-32
• 3.3 血管段准自动化标号32-36
• 3.3.1 血管段标号方法32-34
• 3.3.2 血管段标号的算法描述34-36
• 3.4 心脏血管系统拓扑结构永久性存储方法36
• 3.5 血管段准自动化标号操作过程36-41
• 第4章 同分支内血管间截面的连接41-58
• 4.1 血管段连接问题概述41-42
• 4.2 两个相邻血管段相交性的判定方法42-46
• 4.2.1 国内外对于判定两个二次曲面相交性的研究42-43
• 4.2.2 两个相邻血管段相交性判定方法43-46
• 4.3 两个血管段不相交时的连接方法46-49
• 4.4 两个血管段相交时的连接方法49-55
• 4.4.1 二次曲面求交方法简介49-52
• 4.4.2 两个血管段（圆台面）间交线的计算方法52-55
• 4.5 同分支间血管段间截面连接的算法55-58
• 第5章 分支间血管段的连接58-61
• 5.1 分支间血管段连接概述58
• 5.2 分支间血管段连接算法58-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间发表的论文和研究成果66-67
• 致谢67

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1 何娟娟;人心脏血管系统血管段间拓扑关系构建与几何连接[D];云南师范大学;2015年

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本文编号：766595