CN111460624B - 一种人体器官的数学建模方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体器官的数学建模方法，其通过对来自于核磁共振或B超等设备输出的医学图像为基准数据，通过数学的方式进行建模，解决了现有技术中人体器官的建模方式需要采用建模专业软件其操作复杂导致医护人员或其他相关人员不会操作等问题，大大提高了人体器官模型建立的效率。本发明还提供了一种人体器官的数学建模装置及存储介质。
Description
技术领域
本发明涉及建模方法，尤其涉及一种人体器官的数学建模方法、装置及存储介质。
背景技术
在医学领域内，为了帮助医护人员能够准确地对人体器官进行定位病灶，制定精确的治疗方案时，其中对人体器官进行数学建模非常重要。因此，人体器官的数学建模一直是医学界研究的一个重要课题。目前比较流行的人体器官的数学建模主要是通过VTK(visualization toolkit，是一个开源的免费软件系统，主要用于三维计算机图形学、图像处理和可视化)、NURBs(Non-Uniform Rational B-Splines，是一种非常优秀的建模方式，在高级三维软件当中都支持这种建模方式)等专业软件进行，而这些专业软件在使用时，需要使用者购买、安装才能实现，同时这些专业软件的操作也比较复杂，一般未经过专业训练很难操作，导致人体器官的数学建模的成本加大，同时其软件的操作复杂、门槛较高，不便于医护人员的操作。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种人体器官的数学建模方法，其能够解决现有技术中人体器官建模需要采用专业建模软件导致操作复杂、门槛较高、不变操作等问题。
本发明的目的之二在于提供一种人体器官的数学建模装置，其能够解决现有技术中人体器官建模需要采用专业建模软件导致操作复杂、门槛较高、不变操作等问题。
本发明的目的之三在于提供一种存储介质，其能够解决现有技术中人体器官建模需要采用专业建模软件导致操作复杂、门槛较高、不变操作等问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种人体器官的数学建模方法，所述数学建模方法包括：
图像获取步骤：获取人体器官的多张医学图像，并按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中，并按照每张医学图像在笛卡尔坐标系中的位置进行顺序编号；多张医学图像为同一人体器官的医学图像；其中，每张医学图像设有对应的标注曲线；
标注点获取步骤：确定每张医学图像的标注点，并且每个标注点与对应医学图像的标注曲线上的任意两个点所组成的线段相交且仅相交于对应标注点；
曲线连接步骤：在笛卡尔坐标系中取出第一辅助点和第二辅助点，并依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、每个标注点、第二辅助点连接形成第一模型曲线；其中，第一辅助点、第二辅助点分别为第一模型曲线的两端顶点；
相交点获取步骤：分别以每张医学图像的标注点作一条直线，并使得每条直线与对应医学图像的标注曲线相交得出对应的相交点；同时记录每个标注点到对应相交点之间的线段长度以及每条直线与z轴的角度；其中，每条直线与z轴的角度均相同，记为θ；
拟合曲线获取步骤：首先建立直角坐标系，并在直角坐标系设定拟合点，所述拟合点的数量为标注点的数量和辅助点的数量之和；然后采用光滑曲线依次顺序连接每个拟合点得出拟合曲线；其中，拟合点的坐标值分别为(第一模型曲线上的第一辅助点的y轴坐标值，0)、(标注点的y轴坐标值，该标注点与对应相交点之间的线段长度)、(第一模型曲线上的第二辅助点的y轴坐标值，0)；其中，拟合曲线的公式为v＝Fθ(uθ)(1)；
插入点获取步骤：在第一模型曲线上任意取点c(cx，cy，cz)，并将该点c的y轴坐标值cy代入公式(1)中得出插入点距离点c的长度Fθ(cy)，进而得出插入点，其x轴坐标值为cx+Fθ(cy)*sin(θ)，y轴坐标值为cy，z轴坐标值为cz+Fθ(cy)*cos(θ)；其中，所述插入点与点c之间的直线与z轴的夹角为θ；
曲线连接步骤：依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接得出对应第二模型曲线；
模型获取步骤：根据第一模型曲线和第二模型曲线得出人体器官的数学模型。
进一步地，所述曲线连接步骤还包括：首先依据插入点获取步骤得出多个插入点，然后依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点连接得出第二模型曲线。
进一步地，所述模型获取步骤还包括：依次执行相交点获取步骤、拟合曲线获取步骤、插入点获取步骤以及曲线连接步骤得出多个第二模型曲线，然后根据第一模型曲线和多个第二模型曲线得出人体器官的数学模型；其中，不同的第二模型曲线在计算过程中选取的θ值不相同。
进一步地，所述医学图像为二维图像，医学图像均为通过核磁共振或B超获取并由相关人员在对应医学图像上进行标注得出的带有标注曲线的二维图像。
进一步地，所述按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中具体为：将每张医学图像的垂直于笛卡尔坐标系的y轴，每张医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴。
进一步地，所述标注点为每张医学图像的标注曲线的质心点。
进一步地，所述光滑曲线为贝塞尔曲线。
进一步地，θ的取值范围为[0,360°]。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种人体器官的数学建模装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的数学建模程序，所述数学建模程序为计算机程序，所述处理器执行所述数学建模程序时实现如本发明目的之一采用的一种人体器官的数学建模方法的步骤。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有数学建模程序，所述数学建模程序为计算机程序，所述数学建模程序被处理器执行时实现如本发明目的之一采用的一种人体器官的数学建模方法的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过对标注过的医学图像作为基准数据，然后将医学图像在笛卡尔坐标系中以数学的方式选取对应的标注点，然后以标注点为基准选取标注点与标注曲线的相交点以及插入点，最后将相交点、插入点以及辅助点采用数学的光滑曲线连接形成人体器官的数学模型，大大提高了人体器官的建模效率，解决了现有技术中需要采用专业建模软件实现人体器官的建模导致操作复杂、门槛较高等问题。
附图说明
图1为本发明提供的医学图像在笛卡尔坐标系中的示意图；
图2为图1中一张医学图像中的标注点以及相交点示意图；
图3为本发明提供的第一模型曲线示意图；
图4为当θ等于零时相交点示意图；
图5为当θ等于零时拟合点示意图；
图6为当θ等于零时插入点示意图；
图7为当θ不等于零时拟合点示意图
图8为当θ不等于零插入点示意图；
图9为本发明提供的人体器官的建模方法所生成的模型示意图；
图10为本发明提供的人体器官的建模方法流程示意图；
图11为本发明提供的人体器官的建模装置模块示意图。
图中：11、处理器；12、存储器；13、通讯总线；14、网络接口。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明提供了一种人体器官的数学建模方法，通过对来自于核磁共振或B超等设备输出的图像经过医护人员或其他相关人员在图像上进行标注后作为基准数据来建立人体器官的数学模型。本发明只需要像核磁共振或B超等设备输出的图像为原始数据，就可以实现人体器官的数学模型的建立，大大提高了人体器官的数学模型的效率，同时也解决了现有技术中由于建模专业软件操作复杂等导致医护人员或其他相关人员不会操作等问题。
本发明建模时所基于的原始数据一般来自于核磁共振或B超等设备输出的图像，这些图像一般为二维图像。为了下一步数学模型的建模，对于这些图像还需要通过医护人员或其他相关人员在图像上进行标注才能作为数学建模的基准数据。比如医护人员根据自身经验在每张医学图像上通过曲线方式将人体器官的区域标注出来。
如图1所示，本发明提供了一优选的实施例，一种人体器官的数学建模方法。为了方便说明，本实施例以人体器官的前列腺为例来说明：
设定3张已经标注好的前列腺的医学图像，如图1所示，每张医学图像中的曲线为医护人员或其他相关人员所标注的标注曲线。另外，在实际的使用过程中，医学图像的数量不限，本实施例为了具体说明，选用3张医学图像进行说明。
如图10所示，所述数学建模方法包括以下步骤：
步骤S1、建立笛卡尔坐标系，并将每张医学图像按照预设规则放置于所述笛卡尔坐标系中，并根据每张医学图像在笛卡尔坐标系中的位置对其进行顺序编号。假设有n张医学图像，依次在笛卡尔坐标系中的顺序为D1、D2、D3、…、Dx、…、Dn。其中，x的取值范围为[1,n]。
一般来说，通过核磁共振或B超等设备获取的二维图像，其形状为方形。因此，在将医学图像放置于笛卡尔坐标系中时，将医学图像垂直于y轴，并且医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴，具体如图1所示，第一张医学图像D1的标注曲线为第一标注曲线T1、第二张医学图像D2的标注曲线为第二标注曲线T2、第三张医学图像D3的标注曲线为第三标注曲线T3。优选地，标注曲线的形状可以是任意的形状、并且闭合的曲线，并非仅仅限于如图1中所述的椭圆形。
步骤S2、确定每张医学图像的标注点，并且每个标注点与对应医学图像的标注曲线上的任意两个点所组成的线段相交且仅相交于对应标注点。
本实施例中以一张医学图像为例来说明，首先确定一标注点Px。其中，该标注点Px满足以下条件：从该医学图像的标注曲线上任意取两点A、B，并且点A与标注点Px所组成的线段APx、点B与标注点Px所组成的线段BPx，线段APx与线段BPx相交且仅相交于标注点Px。如图2所示，优选地，本实施例取每张医学图像的标注曲线的质心点作为每张医学图像的标注点Px。其中，x表示本文中的医学图像的编号，也即是，点Px表示第x张医学图像的标注曲线上的标注点。
也即是：第一张医学图像的第一标注点为P1，第二张医学图像的第二标注点为P2，第三张医学图像的第三标注点为P3。
步骤S3、在笛卡尔坐标系中依次顺序采用光滑曲线将每张医学图像的标注点采用光滑曲线连接，形成第一模型曲线。依次顺序将n张医学图像的标注点P1、P2、…、Px、…、Pn采用光滑曲线连接。
如图3所示，本实施例中，在笛卡尔坐标系中将3张医学图像的标注点P1、标注点P2、标注点P3采用光滑曲线连接形成第一模型曲线C。
优选地，本实施例中的光滑曲线采用贝塞尔曲线。所述光滑曲线不仅仅限于本实施例给出的贝塞尔曲线，也可以是现有技术中其他常用的曲线。
为了后续形成一个光滑的曲面，在笛卡尔坐标系中取出两个辅助点，使其与每张医学图像的标注点采用所述光滑曲线连接，并且两个辅助点分别位于光滑曲线的两端顶点。
具体为：如图3所示，在笛卡尔坐标系中的3张医学图像的外围添加第一辅助点F1、第二辅助点F2，然后依次将第一辅助点F1第一标注点为P1、第二标注点为P2、第三标注点为P3、第二辅助点F2采用光滑曲线连接，形成第一模型曲线，记为C。其中，第一辅助点F1、第二辅助点F2分别为第一模型曲线C的两端顶点。
步骤S4、分别以每张医学图像的标注点作一条直线，并且每条直线与对应医学图像的标注曲线相交得出对应的相交点；同时记录每个标注点到对应相交点之间的线段长度以及每条直线与z轴的角度。其中，每条直线与z轴的角度均为相同，并记为θ。其中，这里的z轴为箭头的方式。也即是：分别以第一标注点为P1、第二标注点为P2、第三标注点为P3作一条直线，并且每条直线分别与对应标注曲线相交于第一相交点为P1θ、第二相交点为P2θ、第三相交点为P3θ。
并且，记录第一标注点P1与第一相交点P1θ之间的线段长度为L1θ、第二标注点为P2与第二相交点为P2θ的线段长度为L2θ、第三标注点P3与第三相交点P3θ之间的线段长度为L3θ。
如图2和图4所示，当θ为零时，标注点Px对应的相交点为Px0。此时，线段Px0Px与z轴平行，也即是二者的夹角为0，此时，线段Px0Px的长度记为Lx0。此时，Pxθ也即是Px0。
当θ不为0时，标注点Px对应的相交点为Pxθ，线段PxθPx与z轴的夹角为θ。此时，线段PxθPx的长度记为Lxθ。其中，∠PxθPxPx0等于θ。
步骤S5、建立直角坐标系uv，并在直角坐标系中设定拟合点，并根据辅助点、标注点的坐标值得出拟合点的坐标值；然后依次顺序采用光滑曲线将拟合点连接并形成拟合曲线。其中，拟合点的数量为标注点的数量和辅助点的数量之和。其中，拟合点的坐标值分别为(第一模型曲线上的第一辅助点的y轴坐标值，0)、(标注点的y轴坐标值，该标注点与对应相交点之间的线段长度)、(第一模型曲线上的第二辅助点的y轴坐标值，0)。
然后依次顺序采用光滑曲线连接拟合点并形成拟合曲线，同时所述拟合曲线E在第一个拟合点和最后一个拟合点的切线与u轴垂直；其中，所述拟合曲线E的公式为v＝Fθ(uθ)(1)。
如图5所示，首先建立直角坐标系uv，并在直角坐标系中选定5个拟合点，分别记为第一拟合点、第二拟合点、第三拟合点、第四拟合点和第五拟合点。
其中，第一拟合点、第二拟合点、第三拟合点、第四拟合点、第五拟合点的u轴坐标值分别为：第一辅助点F1在笛卡尔坐标系中的y轴的坐标值F1y、第一标注点为P1在笛卡尔组表现中的y轴的坐标值P1y、第二标注点为P2在笛卡尔组表现中的y轴的坐标值P2y、第三标注点P3在笛卡尔组表现中的y轴的坐标值P3y、第一辅助点F1在笛卡尔组表现中的y轴的坐标值F2y。
相对应地，第一拟合点、第二拟合点、第三拟合点、第四拟合点、第五拟合点的v轴坐标值分别为0、第一标注点P1与第一相交点P1θ之间的线段P1P1θ的长度为L1θ、第二标注点为P2与第二相交点为P2θ的线段P2P2θ长度为L2θ、第三标注点P3与第三相交点P3θ之间的线段P3P3θ长度为L3θ、0。
然后依次顺序采用光滑曲线将5个拟合点连接并形成拟合曲线E，如图5所示。比如采用贝塞尔曲线连接。
同时，在连接5个拟合点时，保证拟合曲线E在第一个拟合点和第五个拟合点的切线垂直于u轴。所述拟合曲线E的公式表示为v＝Fθ(uθ)(1)。
步骤S6、在第一模型曲线上任意取一点c(cx，cy，cz)，并将该c点的y轴坐标值代入公式(1)得出插入点距离该点c的长度为Fθ(Cy)，进而得出插入点；其中，插入点的x轴坐标值为cx+Fθ(cy)*sin(θ)，y轴坐标值为cy，z轴坐标值为cz+Fθ(cy)*cos(θ)；其中，所述插入点与点c之间的直线与z轴的夹角为θ。
如图5和图6所示，当θ为零，也即是每个标注点与对应相交点之间的线段平行于z轴，也即是θ为零，此时，插入点位于点c的正上方。
如图7和图8所示，当θ不为零时，每个标注点与对应相交点之间的线段与z轴的夹角为θ，也即是θ不为零，此时，插入点与点c之间的线段与z轴的夹角也为θ。
步骤S7、依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接得出第二模型曲线。
步骤S8、根据第一模型曲线和第二模型曲线得出人体器官的数学模型。
进一步地，所述步骤S6与步骤S7之间还包括：
步骤S61：根据步骤S6选取多个插入点，然后依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接形成第二模型曲线。
优选地，所述步骤S8之前还包括：根据步骤S4、步骤S5、步骤S6以及步骤S7得出多个第二模型曲线。其中，不同的第二模型曲线在计算过程中选取的θ值不相同。
如图9所示，根据θ的值的不同可得出不同的第二模型曲线，比如曲线1、曲线2以及曲线3等。
其中，θ的取值范围为[0,360°]。
其中，本发明首先通过预先对医学图像进行标注曲线，然后取标注曲线上的基准点作为模型的起始计算点。另外，标注曲线的位置然后在标注曲线的两端设置辅助点，将其作为模型的顶点。
再通过辅助点和基准点采用光滑曲线连接，来计算出曲线上各个点的坐标。
只有在不同的标注曲线上取相同θ角并计算θ角所对应的基准点与相交点的距离，其中，相交点为以基准点作直线，并与笛卡尔坐标系中z轴的夹角为θ时与标注曲线的交点。
再根据插入方法选择相应的插入点，最终将辅助点、相交点以及插入点连接成光滑曲线。
通过依据上述方法，将同一个θ角度数的相交点、插入点与辅助点连接形成对应的光滑曲线，最终形成人体器官对应的数学模型。
本发明通过在步骤S6中选取不同的点c以及在步骤S4中的θ角度数，可以获取不同精度的模型。其中，选取的c的点越多，模型曲线上的插入点的数量越大；θ角度数越多，模型曲线条数越多，此时建立的模型的分辨率越高，精度越高。因此，本发明可根据具体的需求来选择插入点的数量、θ角度的选择数量来建立模型，使得建模的精度可控。
本发明提供的人体器官的数学模型的建立方法，其计算量小，适合于各种计算平台；同时，本发明的模型建立方法不需要依赖任何专业的建模软件的支持，解决了现有技术中由于建模专业软件操作复杂等导致医护人员或其他相关人员不会操作的问题。本发明可大大提高人体器官的建模效率，同时本发明不需要专业的建模软件，其成本更低。
实施例二
本发明提供了一种人体器官的数学建模装置。如图11所示，本发明一实施例提供的一种人体器官的数学建模装置的内部结构示意图。
在本实施例中，一种人体器官的数学建模装置可以是PC(Personal Computer，个人电脑)，也可以是智能手机、平板电脑、便携计算机等终端设备。该一种人体器官的数学建模装置至少包括：处理器12、通信总线13、网络接口14以及存储器11。
其中，存储器11至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储器11在一些实施例中可以是一种人体器官的数学建模装置的内部存储单元，例如该一种人体器官的数学建模装置的硬盘。存储器11在另一些实施例中也可以是一种人体器官的数学建模装置的外部存储设备，例如一种人体器官的数学建模装置上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器11还可以既包括一种人体器官的数学建模装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器11不仅可以用于存储安装于一种人体器官的数学建模装置的应用软件及各类数据，例如数学建模程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
处理器12在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器11中存储的程序代码或处理数据，例如执行数学建模程序等。
通信总线13用于实现这些组件之间的连接通信。
网络接口14可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)，通常用于在该一种人体器官的数学建模装置与其他电子设备之间建立通信连接。
可选地，该一种人体器官的数学建模装置还可以包括用户接口，用户接口可以包括显示器(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的用户接口还可以包括标准的有线接口、无线接口。可选地，在一些实施例中，显示器可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)触摸器等。其中，显示器也可以适当的称为显示屏或显示单元，用于显示在一种人体器官的数学建模装置中处理的信息以及用于显示可视化的用户界面。
图11仅示出了具有组件11-14以及数学建模程序的一种人体器官的数学建模装置，本领域技术人员可以理解的是，图11示出的结构并不构成对一种人体器官的数学建模装置的限定，可以包括比图示更少或者更多的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
在图11所示的一种人体器官的数学建模装置实施例中，存储器11中存储有数学建模程序；处理器12执行存储器11中存储的数学建模程序时实现如下步骤：
图像获取步骤：获取人体器官的多张医学图像，并按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中，并按照每张医学图像在笛卡尔坐标系中的位置进行顺序编号；多张医学图像为同一人体器官的医学图像；其中，每张医学图像设有对应的标注曲线；
标注点获取步骤：确定每张医学图像的标注点，并且每个标注点与对应医学图像的标注曲线上的任意两个点所组成的线段相交且仅相交于对应标注点；
曲线连接步骤：在笛卡尔坐标系中取出第一辅助点和第二辅助点，并依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、每个标注点、第二辅助点连接形成第一模型曲线；其中，第一辅助点、第二辅助点分别为第一模型曲线的两端顶点；
相交点获取步骤：分别以每张医学图像的标注点作一条直线，并使得每条直线与对应医学图像的标注曲线相交得出对应的相交点；同时记录每个标注点到对应相交点之间的线段长度以及每条直线与z轴的角度；其中，每条直线与z轴的角度均相同，记为θ；
拟合曲线获取步骤：首先建立直角坐标系，并在直角坐标系设定拟合点，所述拟合点的数量为标注点的数量和辅助点的数量之和；然后采用光滑曲线依次顺序连接每个拟合点得出拟合曲线；其中，每个拟合点的u轴坐标值分别依次为第一模型曲线上的第一辅助点的y轴坐标值、每个标注点的y轴坐标值、第二辅助点的y轴坐标值；每个拟合点的v轴坐标值分别为0、每个标注点与对应相交点之间的线段长度、0；其中，拟合曲线的公式为v＝Fθ(uθ)(1)；
插入点获取步骤：在第一模型曲线上任意取点c(cx，cy，cz)，并将该点c的y轴坐标值cy代入公式(1)中得出插入点距离点c的长度Fθ(Cy)，进而得出插入点，其x轴坐标值为cx+Fθ(cy)*sin(θ)，y轴坐标值为cy，z轴坐标值为cz+Fθ(cy)*cos(θ)；其中，所述插入点与点c之间的直线与z轴的夹角为θ；
曲线连接步骤：依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接得出对应第二模型曲线；
模型获取步骤：根据第一模型曲线和第二模型曲线得出人体器官的数学模型。
进一步地，所述曲线连接步骤还包括：首先依据插入点获取步骤得出多个插入点，然后依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点连接得出第二模型曲线。
进一步地，所述模型获取步骤还包括：依次执行相交点获取步骤、拟合曲线获取步骤、插入点获取步骤以及曲线连接步骤得出多个第二模型曲线，然后根据第一模型曲线和多个第二模型曲线得出人体器官的数学模型；其中，不同的第二模型曲线在计算过程中选取的θ值不相同。
进一步地，所述医学图像为二维图像，医学图像均为通过核磁共振或B超获取并由相关人员在对应医学图像上进行标注得出的带有标注曲线的二维图像。
进一步地，所述按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中具体为：将每张医学图像的垂直于笛卡尔坐标系的y轴，每张医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴。
进一步地，所述标注点为每张医学图像的标注曲线的质心点。
进一步地，所述光滑曲线为贝塞尔曲线。
进一步地，θ的取值范围为[0,360°]。
实施例三
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有数学建模程序，所述数学建模程序为计算机程序，所述数学建模程序被处理器执行时实现以下步骤：
图像获取步骤：获取人体器官的多张医学图像，并按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中，并按照每张医学图像在笛卡尔坐标系中的位置进行顺序编号；多张医学图像为同一人体器官的医学图像；其中，每张医学图像设有对应的标注曲线；
标注点获取步骤：确定每张医学图像的标注点，并且每个标注点与对应医学图像的标注曲线上的任意两个点所组成的线段相交且仅相交于对应标注点；
曲线连接步骤：在笛卡尔坐标系中取出第一辅助点和第二辅助点，并依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、每个标注点、第二辅助点连接形成第一模型曲线；其中，第一辅助点、第二辅助点分别为第一模型曲线的两端顶点；
相交点获取步骤：分别以每张医学图像的标注点作一条直线，并使得每条直线与对应医学图像的标注曲线相交得出对应的相交点；同时记录每个标注点到对应相交点之间的线段长度以及每条直线与z轴的角度；其中，每条直线与z轴的角度均相同，记为θ；
拟合曲线获取步骤：首先建立直角坐标系，并在直角坐标系设定拟合点，所述拟合点的数量为标注点的数量和辅助点的数量之和；然后采用光滑曲线依次顺序连接每个拟合点得出拟合曲线；其中，每个拟合点的u轴坐标值分别依次为第一模型曲线上的第一辅助点的y轴坐标值、每个标注点的y轴坐标值、第二辅助点的y轴坐标值；每个拟合点的v轴坐标值分别为0、每个标注点与对应相交点之间的线段长度、0；其中，拟合曲线的公式为v＝Fθ(uθ)(1)；
插入点获取步骤：在第一模型曲线上任意取点c(cx，cy，cz)，并将该点c的y轴坐标值cy代入公式(1)中得出插入点距离点c的长度Fθ(Cy)，进而得出插入点，其x轴坐标值为cx+Fθ(cy)*sin(θ)，y轴坐标值为cy，z轴坐标值为cz+Fθ(cy)*cos(θ)；其中，所述插入点与点c之间的直线与z轴的夹角为θ；
曲线连接步骤：依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接得出对应第二模型曲线；
模型获取步骤：根据第一模型曲线和第二模型曲线得出人体器官的数学模型。
进一步地，所述曲线连接步骤还包括：首先依据插入点获取步骤得出多个插入点，然后依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点连接得出第二模型曲线。
进一步地，所述模型获取步骤还包括：依次执行相交点获取步骤、拟合曲线获取步骤、插入点获取步骤以及曲线连接步骤得出多个第二模型曲线，然后根据第一模型曲线和多个第二模型曲线得出人体器官的数学模型；其中，不同的第二模型曲线在计算过程中选取的θ值不相同。
进一步地，所述医学图像为二维图像，医学图像均为通过核磁共振或B超获取并由相关人员在对应医学图像上进行标注得出的带有标注曲线的二维图像。
进一步地，所述按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中具体为：将每张医学图像的垂直于笛卡尔坐标系的y轴，每张医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴。
进一步地，所述标注点为每张医学图像的标注曲线的质心点。
进一步地，所述光滑曲线为贝塞尔曲线。
进一步地，θ的取值范围为[0,360°]。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述数学建模方法包括：
图像获取步骤：获取人体器官的多张医学图像，并按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中，并按照每张医学图像在笛卡尔坐标系中的位置进行顺序编号；多张医学图像为同一人体器官的医学图像；其中，每张医学图像设有对应的标注曲线；
标注点获取步骤：确定每张医学图像的标注点，并且每个标注点与对应医学图像的标注曲线上的任意两个点所组成的线段相交且仅相交于对应标注点；
曲线连接步骤：在笛卡尔坐标系中取出第一辅助点和第二辅助点，并依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、每个标注点、第二辅助点连接形成第一模型曲线；其中，第一辅助点、第二辅助点分别为第一模型曲线的两端顶点；
相交点获取步骤：分别以每张医学图像的标注点作一条直线，并使得每条直线与对应医学图像的标注曲线相交得出对应的相交点；同时记录每个标注点到对应相交点之间的线段长度以及每条直线与z轴的角度；其中，每条直线与z轴的角度均相同，记为θ；
拟合曲线获取步骤：首先建立直角坐标系，并在直角坐标系设定拟合点，所述拟合点的数量为标注点的数量和辅助点的数量之和；然后采用光滑曲线依次顺序连接每个拟合点得出拟合曲线；其中，拟合点的坐标值分别为(第一模型曲线上的第一辅助点的y轴坐标值，0)、(标注点的y轴坐标值，该标注点与对应相交点之间的线段长度)、(第一模型曲线上的第二辅助点的y轴坐标值，0)；其中，拟合曲线的公式为v＝Fθ(uθ)(1)；
插入点获取步骤：在第一模型曲线上任意取点c(cx，cy，cz)，并将该点c的y轴坐标值cy代入公式(1)中得出插入点距离点c的长度Fθ＝cy，进而得出插入点，其x轴坐标值为cx+Fθ(cy)*sin(θ)，y轴坐标值为cy，z轴坐标值为cz+Fθ(cy)*cos(θ)；其中，所述插入点与点c之间的直线与z轴的夹角为θ；
曲线连接步骤：依次顺序将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点采用光滑曲线连接得出对应第二模型曲线；
模型获取步骤：根据第一模型曲线和第二模型曲线得出人体器官的数学模型；
所述按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中具体为：将每张医学图像的垂直于笛卡尔坐标系的y轴，每张医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴；
所述曲线连接步骤还包括：首先依据插入点获取步骤得出多个插入点，然后依次顺序采用光滑曲线将第一辅助点、相交点、插入点以及第二辅助点连接得出第二模型曲线。
2.根据权利要求1所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述模型获取步骤还包括：依次执行相交点获取步骤、拟合曲线获取步骤、插入点获取步骤以及曲线连接步骤得出多个第二模型曲线，然后根据第一模型曲线和多个第二模型曲线得出人体器官的数学模型；其中，不同的第二模型曲线在计算过程中选取的θ值不相同。
3.根据权利要求1所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述医学图像为二维图像，医学图像均为通过核磁共振或B超获取并由相关人员在对应医学图像上进行标注得出的带有标注曲线的二维图像。
4.根据权利要求3所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述按照预设规则将每张医学图像放置于笛卡尔坐标系中具体为：将每张医学图像的垂直于笛卡尔坐标系的y轴，每张医学图像的两边平行于x轴、另外两边平行于z轴。
5.根据权利要求1所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述标注点为每张医学图像的标注曲线的质心点。
6.根据权利要求1所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，所述光滑曲线为贝塞尔曲线。
7.根据权利要求1所述一种人体器官的数学建模方法，其特征在于，θ的取值范围为[0,360°]。
8.一种人体器官的数学建模装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的数学建模程序，所述数学建模程序为计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述数学建模程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种人体器官的数学建模方法的步骤。
9.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有数学建模程序，所述数学建模程序为计算机程序，其特征在于：所述数学建模程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种人体器官的数学建模方法的步骤。
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