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基于NURBS的心脏三维表示及参数定量计算方法

蒋婷婷  
【摘要】: 心脏病具有很高的死亡率,然而目前对这类疾病的治疗还不完善。因此,寻找有效的方法获得心脏的三维模型以及精确地计算相关诊断参数显得十分迫切,这些参数(如左心室体积、射血分数等)具有极其重要的临床诊断价值,因此本研究具有重要的学术意义和实用价值。 本文给出了一个真实、灵活的人体心脏表面模型,并将心脏模型运用到心腔功能参数的定量计算中,该模型采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面拟合,由于NURBS方法的灵活性,心脏的NURBS模型要比基于简单几何体的心脏模型更加真实。在心脏参数估计方面,本文提出了一种基于矩阵表示的NURBS曲面积分的心脏容积计算方法,然后我们利用三维活动形体模型得到的左心室心内、外膜表面点云,选择心脏运动周期内的七个时刻,通过本文体积算法得到七个状态的左心室容积,最后,利用这一结果分析左心室的射血分数、心输出量等功能参数。实验结果表明,NURBS曲面能很好的表示人体心脏、左心室内外膜表面,同时,与传统的Simpson方法相比,本文提出的心脏左心室体积计算方法能够得到更加满意的测量精度和效率。此外,我们还发现对于那些能够由NURBS精确表示的二次曲面,NURBS曲面积分方法能精确的计算其体积,而对于心脏和左心室这类自由形体则可以通过增加相应的控制点来提高体积精度。


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