CN104574507A - 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法 - Google Patents

基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104574507A
CN104574507A CN201510017436.6A CN201510017436A CN104574507A CN 104574507 A CN104574507 A CN 104574507A CN 201510017436 A CN201510017436 A CN 201510017436A CN 104574507 A CN104574507 A CN 104574507A
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
dimensional
tomoscan
construction method
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510017436.6A
Other languages
English (en)
Inventor
康进武
张驰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201510017436.6A priority Critical patent/CN104574507A/zh
Publication of CN104574507A publication Critical patent/CN104574507A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10072—Tomographic images
    • G06T2207/10081—Computed x-ray tomography [CT]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30004—Biomedical image processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其包括步骤：步骤一，读取N幅单视图系列断层扫描图像；步骤二，去掉各幅断层扫描图像中的背景文字，增大各幅断层扫描图像的对比度；步骤三，基于像素将各幅断层扫描图像构建为二维网格；步骤四，由二维网格构建由单元构成的三维实体模型；步骤五，输出三维实体模型的数据文件至图像后处理软件；以及步骤六，在后处理软件中显示三维实体。本发明基于像素将二维图像进行三维重建，所有的像素都在三维实体模型上还原，计算速度快、图像无失真。算法简单有效，便于开发与推广，而且无需特殊设备，在任何电脑上都可以处理。可以应用于医学上核磁共振、CT等断层扫描图像结果的处理。

Description

基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法
技术领域
本发明涉及医学图像处理领域，尤其涉及一种基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法。
背景技术
在医学领域中，疾病的诊断需要大量运用CT和MRI扫描得到的断层图片。这些图片大多是沿同一个方向的切面，医护人员只能通过连续的多张图片为病人诊断。仅仅通过二维图片难以判断组织空间结构，而且无法看到两张图片中间的切面，无法从其他的方向剖切。病人等非专业人士面对这样的断层图片难以理解。因此，断层图片三维重建工作尤为重要。
热门的研究领域是根据二维的图片或视频来进行三维重建。根据拍摄图片所使用的摄像机数目，三维重建可以分为单目视觉法、双目视觉法、三目视觉法。单目视觉方法使用一台摄像机进行三维重建，使用的图像可以是单视图的，也可以是多视图的。大多数三维重建的方法都属于单目视觉法，如轮廓法，明暗度法，纹理法，变焦法，由运动恢复结构方法等。双目视觉法是根据人眼的双目视差来复原三维结构，所使用的图像是一对摄像机拍摄的。三目视觉法比双目视觉法增加了一台摄像机，可以分为直角三角形结构和共线结构。
传统方法在三维重建时，会在一定程度上丢失二维图片的信息；算法复杂，计算量大，难以开发和推广；在需要对模型进一步有限元分析时，需要另画网格，再一次丢失部分信息。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其计算速度快、图像无失真。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其包括步骤：步骤一，读取N幅单视图系列断层扫描图像；步骤二，去掉各幅断层扫描图像中的背景文字，增大各幅断层扫描图像的对比度；步骤三，基于像素将各幅断层扫描图像构建为二维网格；步骤四，由二维网格构建由单元构成的三维实体模型；步骤五，输出三维实体模型的数据文件至图像后处理软件；以及步骤六，在后处理软件中显示三维实体。
本发明的有益效果如下：
本发明基于像素将系列二维图像进行三维重建，所有的像素都在三维实体模型上还原，计算速度快、图像无失真。算法简单有效，便于开发与推广，而且无需特殊设备，在任何电脑上都可以处理。可以应用于医学上核磁共振、CT等断层扫描图像结果的处理。
附图说明
图1为根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法的步骤四至步骤六的原理图；
图2为根据本发明处理的三维脑部模型切去一角；
图3为图2处理的三维脑部模型的z方向某位置的截面图像及其相邻两个断层扫描原始图像；
图4为图2的x方向的截面图像；
图5为根据本发明处理的三维脑部模型的任意方向进行截面的示意图，其中，图(a)为截面位置示意，(b)为正对截面的图像。
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法。
参照图1，根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法包括步骤：步骤一，读取N幅单视图系列断层扫描图像；步骤二，去掉各幅断层扫描图像中的背景文字，增大各幅断层扫描图像的对比度；步骤三，基于像素将各幅断层扫描图像构建为二维网格；步骤四，由二维网格构建由单元构成的三维实体模型；步骤五，输出三维实体模型的数据文件至图像后处理软件；以及步骤六，在后处理软件中显示三维实体。后处理软件还包括以下基本功能：将显示的三维实体进行旋转、放大、平移等操作，也可以改变三维实体的颜色，对实体进行剖切。
本发明基于像素将系列二维图像进行三维重建，所有的像素都在三维实体模型上还原，计算速度快、图像无失真。算法简单有效，便于开发与推广，而且无需特殊设备，在任何电脑上都可以处理。可以应用于医学上核磁共振、CT等断层扫描图像结果的处理。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，步骤三包括子步骤：将各幅断层扫描图像中的每个像素看作是二维网格中的一个二维平面四边形单元；如果该幅断层扫描图像的分辨率是n*m，则设定在x方向有m行二维平面四边形单元，y方向有n列二维平面四边形单元；则在二维网格中x方向有m+1行节点，y方向有n+1列节点；以及分别用i、j表示节点的行序号、列序号(0≤i≤m，0≤j≤n)，p表示一个像素宽度对应的实际尺寸，则节点(i，j)的二维坐标表示为(ip，jp)，如图1所示。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，构成三维实体模型的单元可为六面体、四面体、或三棱柱中的一种。当然不限于此，三维实体模型的单元可以基于后面所述的数值计算的要求(例如精度)进行构造。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，参照图1，当构成三维实体模型的单元为六面体时，步骤四包括子步骤：将每一个像素的四个节点以及相邻断层扫描图像的对应像素的四个节点共同组成一个六面体单元；N幅断层扫描图像在z方向有N层节点；以及用h表示N层节点的层间距，用k表示节点层数(0≤k≤N-1)，将每一个节点处理成三维空间点，则节点(i，j，k)的三维坐标表示为(ip，jp，kh)，如图1所示。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，三维实体模型的数据文件包括节点坐标、节点颜色值、六面体单元与节点的对应关系；步骤五包括子步骤：在数据文件中按顺序写入节点的x、y、z坐标；在每一幅断层扫描图像上，节点的颜色值定义为其相邻右下角像素的颜色值，且对于边界节点，第m+1行节点颜色值与第m行节点颜色值对应相同，第n+1列节点颜色值与第n列节点颜色值对应相同；以及由每一个六面体单元的八个节点来描述六面体单元与节点的对应关系，在数据文件中，节点(i，j，k)的编号表示为node(i，j，k)＝1+i+(m+1)*j+(n+1)*(m+1)*k，每个六面体单元的八个节点编号按顺序写为：node(i，j，k)，node(i+1，j，k)，node(i+1，j+1，k)，node(i，j+1，k)，node(i，j，k+1)，node(i+1，j，k+1)，node(i+1，j+1，k+1)，node(i，j+1，k+1)，8个节点的空间位置如图1所示。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，在步骤六中，后处理软件利用三维实体模型的数据文件基于数值计算方法显示三维实体。数值计算方法可为有限元法或有限差分法。作为三维实体可以适用于各种三维造型软件，如用于模拟计算的软件Ansys、设计造型软件UG、SketchUp等，可以进行各种方式的显示和剖切等处理，开辟了广阔的显示处理前景。实现了图像到三维实体模型的跨越。
在根据本发明的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法中，所述基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法还包括：步骤七，对构建的三维实体进行分析。医生可以通过三维实体，分析患者的病情。图2至图5为本发明处理的三维脑部的结果。图2为根据本发明处理的三维脑部模型切去一角，可以看到内部的结构。如图3所示，截面1和截面2和原始图片相同，在两个截面之间，自动插值生成了过渡截面。图4所示为图2的x方向的截面图像，图5所示为根据本发明处理的三维脑部模型的任意方向进行截面的示意图，可以方便医生分析患者病情。

Claims (8)

1.一种基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一，读取N幅单视图系列断层扫描图像；
步骤二，去掉各幅断层扫描图像中的背景文字，增大各幅断层扫描图像的对比度；
步骤三，基于像素将各幅断层扫描图像构建为二维网格；
步骤四，由二维网格构建由单元构成的三维实体模型；
步骤五，输出三维实体模型的数据文件至图像后处理软件；以及
步骤六，在后处理软件中显示三维实体。
2.根据权利要求1所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，步骤三包括子步骤：
将各幅断层扫描图像中的每个像素看作是二维网格中的一个二维平面四边形单元；
如果该幅断层扫描图像的分辨率是n*m，则设定在x方向有m行二维平面四边形单元，y方向有n列二维平面四边形单元；
则在二维网格中x方向有m+1行节点，y方向有n+1列节点；以及
分别用i、j表示节点的行序号、列序号(0≤i≤m，0≤j≤n)，p表示一个像素宽度对应的实际尺寸，则节点(i，j)的二维坐标表示为(ip，jp)。
3.根据权利要求1所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，构成三维实体模型的单元为六面体、四面体、或三棱柱中的一种。
4.根据权利要求3所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，当构成三维实体模型的单元为六面体时，步骤四包括子步骤：
将每一个像素的四个节点以及相邻断层扫描图像的对应像素的四个节点共同组成一个六面体单元；
N幅断层扫描图像在z方向有N层节点；以及
用h表示N层节点的层间距，用k表示节点层数(0≤k≤N-1)，将每一个节点处理成三维空间点，则节点(i，j，k)的三维坐标表示为(ip，jp，kh)。
5.根据权利要求4所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，
三维实体模型的数据文件包括节点坐标、节点颜色值、六面体单元与节点的对应关系；
步骤五包括子步骤：
在数据文件中按顺序写入节点的x、y、z坐标；
在每一幅断层扫描图像上，节点的颜色值定义为其相邻右下角像素的颜色值，且对于边界节点，第m+1行节点颜色值与第m行节点颜色值对应相同，第n+1列节点颜色值与第n列节点颜色值对应相同；以及
通过指明每一个六面体单元的八个节点来描述六面体单元与节点的对应关系，
在数据文件中，节点(i，j，k)的编号表示为node(i，j，k)＝1+i+(m+1)*j+(n+1)*(m+1)*k，每个六面体单元的八个节点编号按顺序写为：node(i，j，k)，node(i+1，j，k)，node(i+1，j+1，k)，node(i，j+1，k)，node(i，j，k+1)，node(i+1，j，k+1)，node(i+1，j+1，k+1)，node(i，j+1，k+1)。
6.根据权利要求1所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，在步骤六中，后处理软件利用三维实体模型的数据文件基于数值计算方法显示三维实体。
7.根据权利要求6所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，数值计算方法为有限元法或有限差分法。
8.根据权利要求1所述的基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法，其特征在于，所述基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法还包括：步骤七，对构建的三维实体进行分析。
CN201510017436.6A 2015-01-14 2015-01-14 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法 Pending CN104574507A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510017436.6A CN104574507A (zh) 2015-01-14 2015-01-14 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510017436.6A CN104574507A (zh) 2015-01-14 2015-01-14 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104574507A true CN104574507A (zh) 2015-04-29

Family

ID=53090470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510017436.6A Pending CN104574507A (zh) 2015-01-14 2015-01-14 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104574507A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106981090A (zh) * 2017-02-16 2017-07-25 南京邮电大学 一种管内步进单向光束扫描断层图像的三维重建方法
CN109285223A (zh) * 2018-09-07 2019-01-29 中山大学 基于体素模型的影像重建四边形网格方法及系统
CN109727311A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 广州市久邦数码科技有限公司 一种三维模型构建方法及移动终端
TWI714025B (zh) * 2019-03-19 2020-12-21 緯創資通股份有限公司 影像辨識方法及影像辨識裝置
WO2023240584A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 之江实验室 一种跨媒体知识语义表达方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080225044A1 (en) * 2005-02-17 2008-09-18 Agency For Science, Technology And Research Method and Apparatus for Editing Three-Dimensional Images
CN101625766A (zh) * 2009-08-03 2010-01-13 深圳先进技术研究院 医学图像处理方法
CN102663818A (zh) * 2012-04-16 2012-09-12 上海交通大学医学院附属第九人民医院 颅颌面三维形貌模型的构建方法及其装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080225044A1 (en) * 2005-02-17 2008-09-18 Agency For Science, Technology And Research Method and Apparatus for Editing Three-Dimensional Images
CN101625766A (zh) * 2009-08-03 2010-01-13 深圳先进技术研究院 医学图像处理方法
CN102663818A (zh) * 2012-04-16 2012-09-12 上海交通大学医学院附属第九人民医院 颅颌面三维形貌模型的构建方法及其装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴剑波 等: "网格投影式立体视觉三维表面重建系统", 《光电工程》 *
陈学强 等: "人体髋骨的三维有限元模型快速重建方法", 《同济大学学报（医学版）》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106981090A (zh) * 2017-02-16 2017-07-25 南京邮电大学 一种管内步进单向光束扫描断层图像的三维重建方法
CN106981090B (zh) * 2017-02-16 2020-04-28 南京邮电大学 一种管内步进单向光束扫描断层图像的三维重建方法
CN109285223A (zh) * 2018-09-07 2019-01-29 中山大学 基于体素模型的影像重建四边形网格方法及系统
CN109727311A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 广州市久邦数码科技有限公司 一种三维模型构建方法及移动终端
TWI714025B (zh) * 2019-03-19 2020-12-21 緯創資通股份有限公司 影像辨識方法及影像辨識裝置
WO2023240584A1 (zh) * 2022-06-17 2023-12-21 之江实验室 一种跨媒体知识语义表达方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104574507A (zh) 基于多幅断层扫描图像的三维实体构建方法
JP4158167B2 (ja) ボリューム・グラフィックス装置
EP3278252B1 (en) Virtual three-dimensional model generation based on virtual hexahedron models
US9565414B2 (en) Efficient stereo to multiview rendering using interleaved rendering
Moraes et al. Medical image interpolation based on 3D Lanczos filtering
CN108573521B (zh) 基于cuda并行计算框架的实时交互式裸眼3d显示方法
CN104574263A (zh) 一种基于gpu的快速三维超声重建和显示方法
CN102821292A (zh) 图像处理系统以及方法
WO2007059477A2 (en) Virtual patient simulator
CN102843564A (zh) 图像处理系统、装置以及方法
Lekschas et al. Pattern-driven navigation in 2D multiscale visualizations with scalable insets
Gao et al. Amphitheater layout with egocentric distance-based item sizing and landmarks for browsing in virtual reality
Huang et al. 3D reconstruction and visualization from 2D CT images
CN102892015A (zh) 图像处理装置、图像处理方法以及医用图像诊断装置
CN109003227B (zh) 一种增强对比度的装置及显示器
Kang et al. Autostereoscopic 3D display system for 3D medical images
JP4376944B2 (ja) 中間画像生成方法および装置ならびにプログラム
Lock et al. Visual analytics of single cell microscopy data using a collaborative immersive environment
Evako Characterizations of simple points, simple edges and simple cliques of digital spaces: One method of topology-preserving transformations of digital spaces by deleting simple points and edges
Srivastava et al. xcloth: Extracting template-free textured 3d clothes from a monocular image
Hassouna et al. Virtual fly-over: A new visualization technique for virtual colonoscopy
Zhao et al. A smooth transition algorithm for adjacent panoramic viewpoints using matched delaunay triangular patches
LaMar et al. A multilayered image cache for scientific visualization
CN102890748A (zh) 图像处理系统、装置、 方法以及医用图像诊断装置
Lee et al. Hardware-based adaptive terrain mesh using temporal coherence for real-time landscape visualization

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150429