技术摘要：
本发明公开了一种可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型构造方法和装置，属于图像处理领域。其包括：获取包括左心室的磁共振图像；对磁共振图像进行分割，得到左心室的不同器官组织集合；对每个像素，在以该像素为中心的3×3×3图像块上构造一个三变量的二次多项式体函数  全部
背景技术：
心血管疾病是导致世界范围内死亡的主要病因，由于心室壁的不良重塑，最终可 能会导致心力衰竭。因此，心肌的材料属性在研究健康和疾病的左心室功能中起着重要作 用。可注射水凝胶是一种生物相容的可注射材料，在减轻心室重构方面有着显著的效果。目 前有多种不同材料的水凝胶被用于评估对心室壁厚度以及左心室功能的影响。许多活体实 验研究证明，可注射水凝胶对治疗心肌梗死可以起到一定的有效作用。 最近的实验研究结果表明，水凝胶刚度值的改变可以改变其对减轻心室重构的程 度。但是，体内实验评估水凝胶的疗效耗费巨大。目前，运用几何建模和生物计算方法结合 实验数据，深入了解不同刚度的水凝胶和不同体积的水凝胶对心室壁应力和厚度影响的研 究还比较少。临床和医学研究中迫切需要能构建水凝胶在心室中模型的技术。用于刚度体 积敏感性水凝胶对治疗心肌梗死疗效的评估涉及许多领域的关键技术，这些领域包括：数 值计算、计算机图形学、几何造型、计算医学、临床治疗和生物医学工程等。目前，刚度体积 敏感性水凝胶对治疗心肌梗死疗效的评估是一个难度极大、医学临床和研究中急需解决的 关键问题。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型 构造方法和装置，本发明为水凝胶对治疗心肌梗死疗效评估提供了构造高精度左心室实体 模型的方法，为高准确评估提供了有效技术，为医护人员提高医治心肌梗死的疗效提供了 重要的辅助技术。 本发明提供技术方案如下： 第一方面，本发明提供一种可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型构造方法， 所述方法包括： S1：获取包括左心室的磁共振图像； S2：对所述磁共振图像进行分割，得到左心室的不同器官组织集合； S3：对每个像素，在以该像素为中心的3×3×3图像块上构造一个三变量的二次多 项式体函数块； S4：在由相邻8个像素构成的每个单位立方体上，将该立方体中所有像素的二次多 项式体函数块加权平均，构造一个三变量的三次多项式体函数块； S5：将所有三次多项式体函数块组合在一起，得到左心室三维几何模型。 进一步的，所述磁共振图像包括不含水凝胶的左心室图像和包含水凝胶的左心室 图像； 5 CN 111584093 A 说　明　书 2/10 页 所述S2包括： S21：对不含水凝胶的左心室图像中每个像素为中心的3×3×3图像块按照像素值 由小到大排序；对包含水凝胶的左心室图像中每个像素为中心的5×5×5图像块按照像素 值由小到大排序； S22：计算每个3×3×3图像块或5×5×5图像块的直方图，根据直方图对每个图像 块内的像素按照像素值由小到大排序； S23：对于不含水凝胶的左心室图像，在每个3×3×3图像块中排好序的像素队列 中，选则差异最大的两个相邻像素A和B，小于等于A的像素为心脏组织集合，大于等于B的像 素为空腔集合，得到不含水凝胶的左心室图像的分割结果； S24：对于包含水凝胶的左心室图像，在每个5×5×5图像块中排好序的像素队列 中，选则差异最大的两组相邻像素C、D和E、F，小于等于C的像素为水凝胶集合，大于等于D且 小于等于E的像素为心脏组织集合，大于等于F的像素为空腔集合，得到包含水凝胶的左心 室图像的分割结果。 进一步的，所述S2还包括： S25：根据所述分割结果，计算精细像素边界，完成分割，其中： 相邻两个集合中的像素Pi,j,k和Pi 1,j,k之间的边界通过式(1)确定： i,j,k为像素的坐标，δ通过式(2)求解计算得到； F1(x)是对(-1,Pi-1,j,k)，(0,Pi,j,k)和(0.5,Pc,i,j)插值的拉格朗日插值函数，F2(x) 是对(0.5,Pc,i,j)，(1,Pi 1,j,k)和(2,Pi 2,j,k)插值的拉格朗日插值函数，(0.5,Pc,i,j)通过式 (2)求解计算得到。 进一步的，所述二次多项式体函数块Pi,j,k(x,y,z)为： 其中，u＝x-i，v＝y-j，w＝z-k，a10＝Pi,j,k，Pi,j,k为坐标i,j,k处的像素值； 将以Pi ,j,k为中心的3×3×3图像块中所有像素代入式(3)，并构造目标函数，通过 极小化目标函数计算得到a1～a9。 进一步的，由相邻8个像素构成的每个单位立方体为 所述 三次多项式体函数块Ci,j,k(x,y,z)为： 其中，w (x,y,z)＝(1-u)1-r(1-v)1-r(1-w)1-r r si r,j s,k t u v wt，r,s,t＝0,1。 6 CN 111584093 A 说　明　书 3/10 页 第二方面，本发明提供一种可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型构造方法， 所述装置包括： 获取模块，用于获取包括左心室的磁共振图像； 分割模块，用于对所述磁共振图像进行分割，得到左心室的不同器官组织集合； 二次多项式体函数块构造模块，用于对每个像素，在以该像素为中心的3×3×3图 像块上构造一个三变量的二次多项式体函数块； 三次多项式体函数块构造模块，用于在由相邻8个像素构成的每个单位立方体上， 将该立方体中所有像素的二次多项式体函数块加权平均，构造一个三变量的三次多项式体 函数块； 几何模型构建模块，用于将所有三次多项式体函数块组合在一起，得到左心室三 维几何模型。 进一步的，所述磁共振图像包括不含水凝胶的左心室图像和包含水凝胶的左心室 图像； 所述分割模块包括： 第一排序单元，用于对不含水凝胶的左心室图像中每个像素为中心的3×3×3图 像块按照像素值由小到大排序；对包含水凝胶的左心室图像中每个像素为中心的5×5×5 图像块按照像素值由小到大排序； 第二排序单元，用于计算每个3×3×3图像块或5×5×5图像块的直方图，根据直 方图对每个图像块内的像素按照像素值由小到大排序； 第一分割单元，用于对于不含水凝胶的左心室图像，在每个3×3×3图像块中排好 序的像素队列中，选则差异最大的两个相邻像素A和B，小于等于A的像素为心脏组织集合， 大于等于B的像素为空腔集合，得到不含水凝胶的左心室图像的分割结果； 第二分割单元，用于对于包含水凝胶的左心室图像，在每个5×5×5图像块中排好 序的像素队列中，选则差异最大的两组相邻像素C、D和E、F，小于等于C的像素为水凝胶集 合，大于等于D且小于等于E的像素为心脏组织集合，大于等于F的像素为空腔集合，得到包 含水凝胶的左心室图像的分割结果。 进一步的，所述分割模块还包括： 精细像素边界确定单元，用于根据所述分割结果，计算精细像素边界，完成分割， 其中： 相邻两个集合中的像素Pi,j,k和Pi 1,j,k之间的边界通过式(1)确定： i,j,k为像素的坐标，δ通过式(2)求解计算得到； F1(x)是对(-1,Pi-1,j,k)，(0,Pi,j,k)和(0.5,Pc,i,j)插值的拉格朗日插值函数，F2(x) 是对(0.5,Pc,i,j)，(1,Pi 1,j,k)和(2,Pi 2,j,k)插值的拉格朗日插值函数，(0.5,Pc,i,j)通过式 7 CN 111584093 A 说　明　书 4/10 页 (2)求解计算得到。 进一步的，所述二次多项式体函数块Pi,j,k(x,y,z)为： 其中，u＝x-i，v＝y-j，w＝z-k，a10＝Pi,j,k，Pi,j,k为坐标i,j,k处的像素值； 将以Pi ,j,k为中心的3×3×3图像块中所有像素代入式(3)，并构造目标函数，通过 极小化目标函数计算得到a1～a9。 进一步的，由相邻8个像素构成的每个单位立方体为 所述 三次多项式体函数块Ci,j,k(x,y,z)为： 其中，w (x,y,z)＝(1-u)1-r(1-v)1-r 1-r r s ti r,j s,k t (1-w) u v w ，r,s,t＝0,1。 本发明具有以下有益效果： 本发明用于对(刚度体积敏感性)可注射水凝胶对治疗心肌梗死等疗效的评估，该 方法可实现对刚度体积敏感性水凝胶和左心室的高精度分割，在分割的基础上构建高精度 的左心室实体模型，从而为刚度体积敏感性水凝胶对治疗心肌梗死疗效评估提供有效方 法。使用本发明的方法，可将基于构建的左心室三维几何模型计算得出的应变数据与实验 测得的MRI应变数据进行比较、优化，最终获得最优化的心脏几何模型，为评估水凝胶治疗 心肌梗死的疗效提供高精度的模型。 本发明在构建出逼真的左心室三维几何模型基础上，不仅可以用于预测分析水凝 胶注射法对于治疗心肌梗死产生的效果，还可以用来分析不同材料的水凝胶治疗心肌梗死 所产生的不同效果。并且构建的更逼真的左心室模型不仅可以帮助医疗人员选取最为合适 的治疗方案，而且可以更为准确地预测其治疗结果，最终达到大量的节省时间和经济成本 的目的。 附图说明 图1为本发明的可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型构造方法的流程图； 图2为本发明的可注射水凝胶疗效评估的左心室几何模型构造装置的示意图。