基于MRI的心脏结构重建系统的制作方法

本发明涉及心脏mri图像重建，尤其涉及基于mri的心脏结构重建系统。

背景技术：

1、心脏mri图像重建技术领域专注于使用磁共振成像（mri）技术获取心脏的高分辨率图像，并通过图像处理和计算技术重建心脏的三维结构。领域结合了医学影像、计算机视觉、图像处理，以及机器学习等多个技术和方法，提高对心脏解剖结构和功能异常的诊断准确性。同时，心脏mri图像重建技术能够提供比传统二维成像技术更加详细和精确的心脏结构视图，包括心脏各腔室的大小、形状以及心肌组织的细节，对于评估心脏疾病、指导临床治疗计划以及监测治疗效果具有重要意义。

2、其中，基于mri的心脏结构重建系统是利用mri技术捕获的心脏图像，通过软件算法和计算过程重建出心脏的三维模型的系统。用于提供更为精确和全面的心脏结构信息，辅助医生更好地解析心脏的解剖结构和功能状态，特别在诊断各种心脏病、心脏畸形以及评估心脏手术前后情况时。通过三维重建的方式，使医生可以从不同角度和观察心脏结构，从而做出更加准确的诊断和治疗决策。

3、虽然现有技术在心脏mri图像重建方面取得了显著进展，实现了心脏结构的高分辨率视图与三维重建，但仍存在一些问题。例如，在心脏表面的局部曲率、形态变化及心脏结构的空洞和连通性分析方面，未能完全揭示心脏组织的细微差异，影响了对细节的诊断和评估效果。在根据图像特征和噪声水平灵活调整软阈值以及精确控制迭代过程中，虽然能够有效减少重建所需的迭代次数，但在一定程度上会影响到图像质量，最后，在处理具有高变异性的心脏mri图像时，容易导致关键区域识别不够准确，影响最终重建图像的质量和诊断价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于mri的心脏结构重建系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于mri的心脏结构重建系统，所述系统包括软阈值初始设定模块、阈值自适应调节模块、控制参数优化模块、心脏结构细节分析模块、关键区域标记模块、图像清晰度调整模块、重建效率优化模块；

3、所述软阈值初始设定模块分析心脏mri图像的基础统计数据，计算图像集的平均亮度和标准偏差，据此选定图像的软阈值处理的初始参数，生成初始阈值参数集；

4、所述阈值自适应调节模块对初始阈值参数集进行细化处理，根据图像内部的特征和噪声水平的差异性调整阈值，匹配多种区域的细节保留需求，获取优化后的阈值参数集；

5、所述控制参数优化模块利用优化后的阈值参数集，设定迭代过程的开始条件，包括迭代次数和误差阈值，并根据反馈信息调整控制参数，建立优化的控制策略；

6、所述心脏结构细节分析模块应用建立的优化的控制策略，对心脏图像进行分析，识别并描述每个区域内部细节的变化和特征，生成结构细节描述集；

7、所述关键区域标记模块依据结构细节描述集，分析并标记心脏结构中的关键部位，包括对诊断和治疗具有影响的区域，识别并标记心脏关键区域集；

8、所述图像清晰度调整模块基于心脏关键区域集，调整关键区域的图像分辨率，突出关键细节，并优化整体图像的处理负载，获取清晰度调整后的图像集；

9、所述重建效率优化模块基于初始阈值参数集、优化后的阈值参数集、优化的控制策略、结构细节描述集、心脏关键区域集和清晰度调整后的图像集，应用并行处理策略，进行综合数据融合分析，生成三维心脏模型。

10、本发明改进有，所述初始阈值参数集包括图像的平均亮度值和图像的标准偏差值，所述优化后的阈值参数集包括针对多种图像区域调整后的亮度阈值和对比度阈值，所述优化的控制策略包括调整后的迭代次数、设定的误差容忍度、反馈调整机制，所述结构细节描述集包括每个心脏区域的纹理特征、形态特征、颜色分布，所述心脏关键区域集包括瓣膜区域、冠状动脉开口、心室壁厚度区域，所述清晰度调整后的图像集包括关键区域图像和对整体图像的优化处理，所述三维心脏模型包括心脏每个腔室的几何信息、心脏表面的纹理信息、心脏内部结构的连通信息。

11、本发明改进有，所述软阈值初始设定模块包括基础数据分析子模块、阈值参数计算子模块、初始参数集成子模块；

12、所述基础数据分析子模块基于心脏mri图像的基础统计数据，进行图像集合的平均亮度和标准偏差的计算，生成统计参数集；

13、所述阈值参数计算子模块基于统计参数集，对每个图像区域的阈值进行计算，调整并匹配多种图像特性，获取调整后的阈值参数；

14、所述初始参数集成子模块基于调整后的阈值参数，整合每个图像区域的阈值设置，优化阈值参数匹配多种心脏区域的细节需求，生成初始阈值参数集。

15、本发明改进有，所述阈值自适应调节模块包括区域特征分析子模块、噪声水平评估子模块、阈值动态调整子模块；

16、所述区域特征分析子模块基于初始阈值参数集，分析心脏mri图像内部多个区域的亮度、对比度和纹理特征，得到区域特征分析结果；

17、所述噪声水平评估子模块基于区域特征分析结果，参照图像的局部噪声特性，评估每个区域的噪声水平，生成噪声水平评估结果；

18、所述阈值动态调整子模块基于噪声水平评估结果，动态调整每个区域的阈值，优化细节保留和噪声抑制的平衡，构建优化后的阈值参数集。

19、本发明改进有，所述控制参数优化模块包括迭代条件设定子模块、控制参数反馈调整子模块、优化策略构建子模块；

20、所述迭代条件设定子模块基于优化后的阈值参数集，评估图像重建过程中的初始迭代效果，设定迭代次数和误差阈值作为启动条件，生成迭代条件配置结果；

21、所述控制参数反馈调整子模块根据迭代条件配置结果，采用迭代软阈值自适应优化算法，对当前迭代进度和误差减少率进行实时监控，若进度未达预期且误差减少未达到设定标准，自动调整迭代步长和误差容忍度，使用动态误差反馈机制细化控制参数，得到调整后的控制参数；

22、所述迭代软阈值自适应优化算法，按照式i：

23、式i；

24、计算参数更新，生成调整后的控制参数；

25、自适应学习率调整因子定义通过式ii定义：

26、式ii；

27、其中，为模型参数，为更新后的模型参数值，为更新前的模型参数值，为基础学习率，为损失函数对参数的梯度，为自适应学习率调整因子，为当前的迭代次数，为图像特征差异度，为图像质量指标，为权重系数，动态调整的计算，在预训练数据上应用遗传算法确定，所述预训练数据包括图像的特征差异度、图像质量指标和迭代次数的信息；

28、所述优化策略构建子模块综合调整后的控制参数，分析迭代过程中的效率和精度变化，优化迭代策略，缩短重建时间同时保障图像质量，构建优化的控制策略。

29、本发明改进有，所述心脏结构细节分析模块包括区域内部细节分析子模块、细节特征辨识子模块、结构细节描述集成子模块；

30、所述区域内部细节分析子模块基于优化的控制策略，对心脏mri图像的每个区域进行细化扫描，分析亮度、对比度和纹理特征，揭示结构变化，生成区域特征分析结果；

31、所述细节特征辨识子模块根据区域特征分析结果，应用微分几何特征提取和拓扑数据分析，分别计算心脏表面的局部曲率和平均曲率，识别结构中的空洞、连通性，揭示心脏组织结构和几何特征，得到细节特征辨识结果；

32、所述微分几何特征提取，按照式iii和式ⅳ：

33、式iii；

34、式ⅳ；

35、计算心脏mri图像的局部曲率和平均曲率；

36、其中，和为心脏mri图像中心点处的两个主曲率，和为基于图像特征调整后的曲率偏移量，和为权重系数，通过最小化心脏结构重建误差与当前心脏结构之间的差异确定，为平均曲率计算中的加权系数，为固定偏移量，为局部曲率，为平均曲率；

37、所述结构细节描述集成子模块整合细节特征辨识结果，记录心脏的结构和特征变化，包括每个区域的特征和相互关系，建立结构细节描述集。

38、本发明改进有，所述关键区域标记模块包括关键部位分析子模块、诊治影响区域标记子模块、心脏关键区域集成子模块；

39、所述关键部位分析子模块基于结构细节描述集，扫描并识别心脏图像中的结构，包括心室和瓣膜，分析区域的亮度、对比度和纹理差异，得到关键结构分析结果；

40、所述诊治影响区域标记子模块根据关键结构分析结果，评估每个标记区域对诊断和治疗的重要性，利用图像处理技术突出关键区域，生成诊治影响区域标记集；

41、所述心脏关键区域集成子模块综合诊治影响区域标记集，构建完整的心脏关键区域视图，突出每个标记区域的位置和特征，建立心脏关键区域集。

42、本发明改进有，所述图像清晰度调整模块包括关键区域分辨率调整子模块、细节突出处理子模块、图像集成子模块；

43、所述关键区域分辨率调整子模块基于心脏关键区域集，分析每个关键区域需求，对标记的关键区域进行分辨率优化操作，生成分辨率提升结果；

44、所述细节突出处理子模块利用分辨率提升结果，再次对图像中的关键细节进行增强处理，通过调整对比度和锐化处理，迭代突出关键结构特征，得到细节增强图像；

45、所述图像集成子模块集成细节增强图像，将全部处理后的关键区域图像与初始mri图像进行融合，统一调整整体图像集的清晰度和视觉效果，建立清晰度调整后的图像集。

46、本发明改进有，所述重建效率优化模块包括并行处理子模块、数据融合分析子模块、三维心脏模型生成子模块；

47、所述并行处理子模块基于初始阈值参数集、优化后的阈值参数集、优化的控制策略、结构细节描述集、心脏关键区域集和清晰度调整后的图像集，部署并行计算策略，并对数据集进行同步分析和处理，生成并行处理数据集；

48、所述数据融合分析子模块利用并行处理数据集，综合分析每个数据集中的信息，通过整合关键结构细节与图像质量调整结果，优化模型的准确性和可靠性，得到融合分析结果；

49、所述三维心脏模型生成子模块根据融合分析结果，应用三维重建技术将融合后的数据转化为模型，反映心脏的结构和功能特征，建立三维心脏模型。

50、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

51、本发明中，通过软阈值自适应调整和迭代控制策略，优化了重建过程，降低了迭代次数的同时保证了图像质量。同时软阈值的动态调整能够根据图像的具体特征和噪声水平，精准控制图像处理的细节，提升了重建图像的整体清晰度。通过结合微分几何和拓扑数据分析技术，能够深入分析心脏结构的复杂几何特征和空间连通性，不仅提高了心脏结构精确识别的能力，也能够捕捉心脏表面局部曲率和形态的微小变化，为诊断心脏疾病提供了更加丰富和精确的信息。而关键区域标记和图像清晰度调整模块，能够进一步提高对心脏关键结构的识别精度和图像质量，为临床医生提供了更加准确的图像基础，以支持更精准的诊断和治疗规划。