(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111413511.2 (22)申请日 2021.11.25 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 崔新光　周琪智　周莹　薛源　 管汉雄　张进华　王锦涛　冯亚宁　 胡玉娜　宋伟　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 胡秋萍 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种具有随机特性的人体全气道模型的构 建方法 (57)摘要 本发明公开一种具有随机特性的人体全气 道模型的构建方法， 属于生物流体力学领域。 包 括： 接收人体上半身CT图像， 结合医学影像重建 和逆向工程， 生成基于CT图像的上呼吸道 ‑支气 管模型， 该模型包括： 口、 鼻、 咽、 喉、 气管和支气 管模型； 基于Weibel理想化模型， 构建带有随机 生长特性符合基于CT图像的支气管树模 型， 所述 支气管树模型由CT图像重建几何支气管末端向 外延伸； 基于Weibel理想化模型， 使用参数化脚 本， 生成肺气道树模型； 将各部分模型装配组合 生成具有随机特性的人体全气道模 型。 本发明基 于Weibel模型构造 带随机生长 特性的支气管树， 将与CT图像中实际气道生长一致的支气管树装 配至对应CT重建几何末端， 能反映实际呼吸道分 布情况与解剖结构。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114169262 A 2022.03.11 CN 114169262 A 1.一种具有随机特性的人体全气道模型的构建方法， 其特 征在于， 该 方法包括： S1.接收人体上半身CT图像， 结合 医学影像重建和逆向工程， 生成基于CT图像的上呼吸 道‑支气管模 型， 该模型包括： 口、 鼻、 咽、 喉、 气管和支气管模 型； 基于Weibel理想化模 型， 使 用参数化脚本， 生成肺气道树模型， 该模型包括： 支气管树模型和深肺气道树模型； S2.基于Weibel理想化模型， 构建带有随机生长特性符合基于CT图像上呼吸道 ‑支气管 模型的支气管树模型， 所述支气管树模型由支气管末端向外延伸； S3.基于Weibel理想化模型， 使用参数化脚本， 生成肺气道树模型； S4.将各部分模型装配组合 生成具有随机特性的人体全气道模型。 2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于Weibel理想化模型， 构建带有随机 生长特性符合基于 CT图像上呼吸道 ‑支气管模型的支气管树模型， 包括： (1)接收起始和 终止的支气管树级数的设置， 所述起始支气管树级数与CT模型末端级 别对应， 所述终止支气管树级数与向外延伸最大 范围对应； (2)使用脚本计算Weibel理想化模型中起始支气管树级数至终止支气管树级数的各级 模型所需的气道半径、 气道长度和旋转角度； (3)使用各级模型所需的气道半径、 气道长度和旋转角度， 在Rhino  GrasshopperSubD 建模模块进行支气管树建模， 通过不同级 数的支气管起点和长度使用旋转矩阵及随机数构 造向量以实现支气管树的随机生长； (4)生成用于反映实际呼吸道连接关系的multipipe模型； (5)响应于随机数刷新指令， 使用随机数刷新支气管树模型， 以获得和CT图像中判断的 走向最为接近的模型； (6)将模型输出至Rhi no建模界面后细分， 将网格文件转换为 NURBS文件。 3.如权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 构造所述随机生长特性支气管树模型， 包括： (1)根据气道半径、 气道长度和旋转角度， 创建模型起始点和起始向量； (2)根据起始点和气道长度构造支气管树各级向量， 通过生成旋转角度范围内的随机 量构造带有随机特性的三 维旋转矩阵， 带有随机特性的三维旋转矩阵可通过随机数进 行刷 新以生成不同结构的支气管树模型； (3)带有随机特性的三维旋转矩阵与支气管树各级向量相乘， 实现各级支气管树的随 机生长； (4)将得到支气管树向量、 各级气道半径输入至multipipe建模 模块进行建模。 4.如权利要求2所述的方法， 其特 征在于， 所述向外延伸最大 范围为6级。 5.如权利要求1至4任一项所述的方法， 其特征在于， 分别对深肺区域各级进行肺泡建 模， 肺泡建模为四分之三球体， 并通过圆柱连接段连接至气道， 圆柱连接段直径d、 球体 半径 AR以及肺泡数量 n通过如下公式计算： d(z)＝13 *e‑(0.2929‑.00624*z)*z AR(z)＝(1.4 4‑0.04*(z‑17))*0.085 n(z)＝4+2*(z‑17) 其中， z为气道的级数。 6.如权利要求如权利要求1至4任一项所述的方法， 其特征在于， 在G18级后生成了具有 四个分支的深肺气道 树模型， 对G18级之后单分支几何进 行构建后， 采用对称和旋转的方式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169262 A 2构造具有四个分支的模型。 7.如权利要求1至4任一项所述的方法， 其特征在于， 所述将各部分模型装配组合生成 具有随机特性的人体全气道模型包括： 1)CT重建模型的准备： 将CT重建得到的NURBS模型导入后， 沿CT重建模型末端创建切割 平面构建连接装配 体的平面； 2)支气管树模型的装配： 切割完成后将Rhino生成的支气管树模型导入后， 进行模型修 复， 缺失面修补后复制至切割后的CT重 建模型文件中， 与CT图像比对， 将支气管树模型移动 至CT重建模型末端； 3)深肺气道树模型的装配： 将深肺气道树模型移动至支气管树模型末端对应的平面进 行装配。 8.如权利要求7所述的方法， 其特征在于， 还包括： 4)模型检查与导出： 完成装配后， 进 行模型修复， 包括检查 缺失平面、 小间隙和非精确边。 9.一种计算机可读存储介质， 其特征在于， 包括存储的计算机程序； 所述计算机程序被 处理器执行时， 控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求 1至8任一项 所述的具 有随机特性的人体全气道模型的构建方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169262 A 3