关系解剖学监督用于精确三维多腔室心脏网格重建
计算机视觉与模式识别
2025-12-16 v2 人工智能
摘要
准确重建多腔室心脏解剖结构是患者特异性建模、生理模拟和介入规划的基础。然而，当前重建流程从根本上依赖于表面级几何监督，并且独立建模每个腔室，导致解剖上不合理的腔室间冲突，尽管重叠或距离指标看似良好。本工作提出了一种关系解剖学监督框架用于多腔室心脏网格重建，通过引入网格互关系增强（Mesh Interrelation Enhancement, MIE）损失。该提出的公式将心脏结构间的空间关系显式编码为可微分的基于占用的目标函数，从而将定性解剖规则转化为定量几何监督。我们进一步建立了考虑违规的评估指标，直接量化腔室间结构正确性，揭示了常用几何度量（如Dice和Chamfer距离）的系统性局限。在多中心CT数据、密集采样MR数据以及两个独立外部队列（包括高度异质的先天性心脏病人群）上的广泛实验表明，所提方法将临床关键的边界违规抑制了高达83%，同时保持了有竞争力的体积精度并实现了优越的表面保真度。值得注意的是，所提出的关系监督在成像模态、中心和病理条件之间泛化稳健，即使在严重解剖变形下也是如此。这些结果表明，仅基于距离的监督不足以保证解剖学上忠实的重建，而显式强制执行多结构解剖关系为可靠的患者特异性心脏建模提供了原则性和稳健的路径。
引用
@article{arxiv.2503.07874,
title = {Relational Anatomical Supervision for Accurate 3D Multi-Chamber Cardiac Mesh Reconstruction},
author = {Chenyu Zhang and Yihao Luo and Lei Zhu and Martyn G Boutelle and Choon Hwai Yap and Guang Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.07874},
year = {2025}
}