三维脏器模型构造方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及医学图像处理技术,尤其涉及一种三维脏器模型构造方法和装置。
背景技术
近年来,虚拟器官计算机辅助分析(VirtualOrganComputerAidedAnalysis,Vocal)技术给临床诊断提供了有效手段,该技术主要原理可以通过对脏器的二维超声图片轮廓进行勾勒,按照一定次序对二维超声图片进行不同方向的多次勾勒,然后重构三维脏器模型,这样可显示三维脏器模型并可以准确测量三维脏器模型的容积,以此可以给临床提供更多的诊断信息。该技术的应用范围包括:孕囊测量、肿瘤评估、胆囊功能评估,前列腺容积测量、胎儿发育检测等。
具体的,基于轮廓勾勒获得的三维脏器模型的精度,完全依赖主观的勾勒轮廓线外形及轮廓线数量,轮廓线数量越多,三维脏器模型精度越高,但随着轮廓线勾勒次数增多,工作量成倍增大,因此以这种方式得到的三维脏器模型的精度往往较低。
发明内容
本发明提供一种三维脏器模型构造方法和装置,以实现在构建三维脏器模型的过程中可以对三维脏器模型进行实时编辑,提高三维脏器模型的精度。
第一方面,本发明实施例提供了一种三维脏器模型构造方法,包括:
获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面;
将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准;
接收用户根据配准结果输入的边界调整指令;
根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。
第二方面,本发明实施例还提供了一种三维脏器模型构造装置,包括:
获取模块,用于获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面;
配准模块,用于将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准;
调整指令输入模块,用于接收用户根据配准结果输入的边界调整指令;
位置调整模块,用于根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。
本发明通过获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面,将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准,接收用户根据配准结果输入的边界调整指令,根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。实现了根据目标切片图片对三维脏器模型截面进行调整,可以提高三维脏器模型的精度,提供更加真实的脏器数据。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种三维脏器模型构造方法的流程图;
图2是本发明实施例二中的一种三维脏器模型构造方法的流程图;
图3是本发明实施例二提供的对三维脏器网格模型中的目标投影点进行调整的示意图;
图4是本发明实施例三中的一种三维脏器模型构造装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种三维脏器模型构造方法的流程图,本实施例可适用于构造三维脏器并对其进行编辑的情况,该方法可以由三维脏器模型构造装置来执行,该装置可以由硬件或软件来实现,具体包括如下步骤:
步骤110、获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面。
具体的,目标切片图片可以是通过超声方式得到的二维超声图片,三维脏器模型可以是通过对多张二维超声图片进行处理得到的。具体的,可以得到脏器任一截面的二维超声图片,将任一一张二维超声图片选为目标切片图片并通过坐标转换的方式将二维超声图像与三维脏器模型转换成相同坐标系的坐标,将任意一张二维超声图片作为目标切片图片,并根据坐标对应关系找到三维脏器模型与目标切片图片对应的三维脏器模型截面;也可以先获取三维脏器模型的任一截面,同样的根据坐标对应关系找到与该三维脏器模型截面对应的目标切片图片。
其中,对脏器进行三维超声时,切片方式包括径向切片和旋转切片,旋转切片可以按照任意轴旋转。
步骤120、将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准。
其中,三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面。
具体的,配准具体如下:目标切片图片和三维脏器模型截面的坐标原点优选的设置在脏器的同一位置,将目标切片图片和三维脏器模型截面转换为同一坐标系,例如可以是笛卡尔坐标系,同时,这样便可以将目标切片图片和三维脏器模型截面配准。
步骤130、接收用户根据配准结果输入的边界调整指令。
具体的,对三维脏器模型截面调整时,可以接收用户根据配准结果输入的对三维脏器模型截面边界中的某个特征点进行调整的指令,边界调整指令具体的可以是用鼠标拖动某个特征点使其与目标切片图片的对应位置重合;也可以是拉扯几个特征点使其与目标切片图片的对应位置重合。这里优选的是对三维脏器模型中顶点在三维脏器模型截面的投影点进行调整。
步骤140、根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。
在对三维脏器模型截面的边界点进行二维调整之后,可以对三维脏器模型截面的二维边界点对应的三维脏器模型中相应的点进行三维调整,使三维脏器模型更加接近真实的脏器,提高形成的三维脏器模型的精度。
本实施例的技术方案,通过获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面,将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准,接收用户根据配准结果输入的边界调整指令,根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。实现了根据目标切片图片对三维脏器模型截面边界点进行调整,可以提高三维脏器模型的精度,提供更加真实的脏器数据。
实施例二
图2本发明实施例二提供的一种三维脏器模型构造方法的流程图,本实施例以实施例一为基础进行优化,本实施例具体包括如下步骤:
步骤210、获取至少一个目标切片图片对应的至少一个脏器截面轮廓。
具体的,可以通过三维超声获得脏器的任意方向上的二维超声图片,可以将任一二维超声图片作为目标切片图片,然后通过用户勾勒的方式获取目标切片对应的脏器截面轮廓,脏器截面轮廓优选的是由目标切片图片对应的轮廓点以及轮廓点连接而成的轮廓线构成。
现有的超声诊断设备中,医生调节好二维图像质量后,进入三维模式,根据待检查的脏器特征选择径向/旋转切片方式,设置切片参数,对超声三维图像进行切片得到多个目标切片图片,并对每个目标切片图片进行轮廓勾勒,得到对应的脏器截面轮廓,对多个目标切片图片进行勾勒后便得到多个脏器截面轮廓。
步骤220、根据所述至少一个脏器截面轮廓通过泊松重构构造三维脏器网格模型。
其中,可以根据多个脏器截面轮廓可以构成脏器大致的三维轮廓,具体的,获取脏器截面轮廓中勾勒使用的坐标点以及这些坐标点的法矢,由于勾勒的点相对比较少,可以根据插值的方式对勾勒使用的坐标点进行插值,得到多个坐标点,同时获取插值得到的坐标点的法矢,运用勾勒的坐标点和插值得到的点作为构造三维脏器网格模型的所有坐标点,根据所有坐标点以及所有坐标点的法矢采用泊松重构的方法来构造三维脏器网格模型。具体的,泊松重构可以形成三维脏器网格模型的泊松指示函数,并可以得到三维脏器网格模型的等值面,以此形成一个以三角面片作为基本组成单元的三维脏器网格模型。采用泊松重构的好处在于可以通过输入离散的坐标点及其法矢最大限度的重构三维脏器模型的表面,该表面通常是由三角面片组成的,并且该方法形成的三维脏器模型的表面是无缝的。
步骤230、获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述脏器三维模型截面为三维脏器网格模型中与所述目标切片图片对应的截面。
具体的,步骤230包括:获取目标切平面,所述目标切平面为所述目标切片图片对应的切平面或预设切平面;
获取所述第一有向边的预设顶点在所述目标切平面上的投影点,所述第一有向边为所述三维脏器网格模型与所述目标切平面相交的任意有向边。
优选的,目标切平面可以是目标切片图片对应的切平面,也可以是三维脏器网格模型中任意一个截面。
其中,三维脏器网格模型可以具有半边结构,半边结构中,将一条边一分为二,其中一条半边属于这条边相邻面的边环,而另一条边属于这条边另一相邻面的边环,这样两条半边能够表示一条边的两个端点,当搜索一个面的各个端点时,只需要沿着半边顺序即可。这样可以方便寻找与其中一个顶点的拓扑相连的其他顶点,并使进行投影的预设顶点不重复。
具体的,可以将目标切平面与三维脏器网格模型的对应面相交,并将与目标切平面相交的网格的所有边中选择与目标切平面按照设定方向相交的边选取出来,其中设定方向可以规定从平行于xy平面的以上向平行于xy平面以下与三维脏器模型截面相交,并将这些相交边设定为第一有向边,选取第一有向边的起点作为预设顶点,然后将预设顶点投影在目标切平面上形成投影点。其中,所述第一有向边为所述三维脏器网格模型与所述目标切平面相交的任意有向边,在此不做限定,只要满足预设顶点不重复并且同一条边只投影一个顶点即可。此处投影点选取的方法不限于此,只要满足进行投影的预设顶点不重复即可。
步骤240、将所述目标切片图片和所述三维脏器网格模型截面进行配准。
步骤250、接收用户根据配准结果输入的边界调整指令。
具体的,步骤250包括:接收用户对二维坐标系下所述配准结果中的目标投影点输入的位移指令,所述目标投影点为所述配准结果边界上任一投影点。
接收到用户对二维坐标系下对其中一个投影点向设定方向进行调整的位移指令,位移指令包括对目标投影点的移动方向和移动距离。目标投影点可以根据需要选择,通过对目标投影点进行调整,可以使三维脏器网格模型截面更接近目标切片图片,更接近实际的脏器。图3是本发明实施例二提供的对三维脏器网格模型中的目标投影点进行调整的示意图,图中背景部分表示目标切片图片,黑色点表示投影点,一圈投影点构成三维脏器网格模型截面。
步骤260、根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。
相应的步骤260包括:根据所述位置指令确定第一法矢调整向量,所述第一法矢调整向量为所述目标投影点对应的第一顶点的法矢调整向量。
具体的,根据目标投影点便可以根据几何投影关系,找到与目标投影点对应的三维脏器网格模型的顶点,将该顶点定义为第一顶点;根据位移指令确定的目标投影点应该移动的位移及目标投影点与第一顶点的几何投影关系便可以确定第一顶点应该调整的向量,并将该向量定义为第一法矢调整向量。
根据所述第一法矢调整向量对所述第一顶点进行调整。
具体的,得到第一顶点的第一法矢调整向量便可以对第一顶点按照第一法矢调整向量进行调整,其中第一法矢调整向量具有特定的方向和大小,用Vi表示调整前的第一顶点,用Vi′表示调整后的第一顶点,那么Vi′=Vi+Ni.dis,其中dis表示第一顶点需要调整的距离,Ni表示第一顶点的第一法矢调整向量,调整前的第一顶点和调整后的第一顶点的第一法矢体征向量是一样的。
根据所述第一法矢调整向量确定至少一个第二顶点的第二法矢调整向量,所述第二顶点为所述第一顶点附近的顶点。
具体的,可以根据三维脏器网格模型中的第一顶点在三维脏器网格模型中的位置及第一顶点与其他网格顶点的拓扑关系,按照一定距离,比如是以第一顶点为球心,一定距离为半径的顶点,作为第一顶点附近的点,如果距离太远可能不会受第一顶点调整的影响,优选的选取一定距离为4mm,并选取第一顶点附近的点中的任一一个点作为第二顶点。
根据所述第二法矢调整向量对所述第二法矢调整向量对应的第二顶点进行调整。
其中,当第一顶点按照第一法矢调整向量进行调整时,第一顶点附近的其中一个点也就是第二顶点也要按照第二法矢调整向量进行调整,调整的位移与第二顶点与第一顶点的距离rij有关,用Vj表示调整前的第二顶点,用Vj′表示调整后的第二顶点,那么Vj′=Vj+Nj.dis/(rij+1),其中dis表示第一顶点调整的距离,Nj表示第二顶点的第二法矢调整向量,rij表示调整前第一顶点和第二顶点的距离,其中1表示1mm,这样调整后三维脏器网格模型表面平滑,与实际脏器更接近。。
本实施例的技术方案通过获取至少一个目标切片图片对应的至少一个脏器截面轮廓,根据所述至少一个脏器截面轮廓通过泊松重构构造三维脏器网格模型,获取目标切平面,获取所述第一有向边的预设顶点在所述目标切平面上的投影点,将所述目标切片图片和所述三维脏器网格模型截面进行配准,接收用户对二维坐标系下所述配准结果中的目标投影点输入的位移指令,根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整,实现了接收用户对二维坐标系下对三维脏器网格模型截面根据配准结果对截面边界上任一投影点按照目标切片图片进行调整,并找到投影点对应的三维脏器网格模型中的顶点,对该顶点进行相应调整,可以使构造成的三维脏器网格模型跟接近真实脏器,提高脏器重构精度。
在上述方案的基础上,步骤260之后优选的包括:计算所述三维脏器网格模型的容积。
具体的,可以采用主元分析方法确定三维脏器网格模型的轴向,将三维脏器网格模型的主轴旋转到与Z轴平行,对旋转后的三维脏器网格模型按照平行于xy平面的方式进行水平切片,计算各截面面积Si及所在水平面位置Zi,并采取近似方法求得模型容积:具体的当对三维脏器网格模型进行切片时,并且切片数目足够多时,便可以近似的计算相邻两个切片之间的体积,此时任意两个相邻切片之间的距离都相同,近似为相应两个切片可以构成一个圆柱,三维脏器网格模型可以是由对个圆柱构成,其中第i个圆柱的体积为则三维脏器网格模型的容积近似为:
对三维脏器网格模型的容积进行计算可以给临床诊断提供更多信息。
优选的,在上述方案的基础上步骤260之后还可以包括:
对所述三维脏器网格模型进行抽壳;
对抽壳后的三维脏器网格模型进行增厚;
对增厚后的三维脏器网格模型进行三维打印。
具体的,可以对三维脏器网格模型的各个顶点按照各自的法矢方向向内进行等距偏移,并将偏移后的网格进行矢量判断法自交判断,并将出现自交的网格删除,然后重构三维脏器网格模型的拓扑结构,完成对三维脏器网格模型的抽壳处理;将抽壳后的三维脏器网格模型中内层表面与三维脏器网格模型的外表面之间进行填充融合,完成对抽壳后的三维脏器网格模型的增厚处理。
通过对三维脏器网格模型进行抽壳、增厚处理后,优选的,可以转换成stl数据格式,发送到三维打印机(3D打印机)上可以对三维脏器网格模型进行三维打印,这样可以更快捷的对三维脏器网格脏器进行打印,可以降低了打印材料,节省打印成本,并可以提高打印速度。打印后的三维脏器网格模型同样可以提供更丰富的诊断信息。
实施例三
图4本发明实施例三中的一种三维脏器模型构造装置的结构示意图,该装置包括如下模块:
获取模块501,用于获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面;
配准模块502,用于将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准;
调整指令输入模块503,用于接收用户根据配准结果输入的边界调整指令;
位置调整模块504,用于根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。
本实施例的技术方案,获取模块用于获取目标切片图片和三维脏器模型截面,所述三维脏器模型截面为三维脏器模型中与所述目标切片图片对应的截面,配准模块用于将所述目标切片图片和所述三维脏器模型截面进行配准,调整指令输入模块用于接收用户根据配准结果输入的边界调整指令,位置调整模块用于根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整。实现了根据目标切片图片对三维脏器模型截面边界点进行调整,可以提高三维脏器模型的精度,提供更加真实的脏器数据。
在上述各实施例的基础上,该装置还可以包括:
轮廓获取模块,用于在获取目标切片图片和三维脏器模型截面之前,获取至少一个目标切片图片对应的至少一个脏器截面轮廓;
网格模型构造模块,用于根据所述至少一个脏器截面轮廓通过泊松重构构造三维脏器网格模型。
在上述各实施例的基础上,所述三维脏器模型具有半边结构,所述获取模块501,可以包括:
目标切平面获取单元,用于获取目标切平面,所述目标切平面为所述目标切片图片对应的切平面或预设切平面;
投影点获取单元,用于获取所述第一有向边的预设顶点在所述目标切平面上的投影点,所述第一有向边为所述三维网格脏器模型与所述目标切平面相交的任意有向边。
在上述各实施例的基础上,所述调整指令输入模块503,可以包括:
位移指令输入单元,用于接收用户对二维坐标系下所述配准结果中的目标投影点输入的位移指令,所述目标投影点为所述配准结果边界上任一投影点;
相应的,位移调整模块504可以用于:
根据所述位置指令确定第一法矢调整向量,所述第一法矢调整向量为所述目标投影点对应的第一顶点的法矢调整向量;
根据所述第一法矢调整向量对所述第一顶点进行调整;
根据所述第一法矢调整向量确定至少一个第二顶点的第二法矢调整向量,所述第二顶点为所述第一顶点附近的顶点;
根据所述第二法矢调整向量对所述第二法矢调整向量对应的第二顶点进行调整。
在上述各实施例的基础上,该装置还可以包括:
容积计算模块,用于在所述根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整之后计算所述三维脏器网格模型的容积。
在上述各实施例的基础上,该装置还可以包括:
抽壳模块,用于在所述根据所述边界调整指令对所述三维脏器模型中的至少一个空间点的位置进行调整之后,对所述三维脏器网格模型进行抽壳;
增厚模块,用于对抽壳后的三维脏器网格模型进行增厚;
打印模块,用于对增厚后的三维脏器网格模型进行三维打印。
上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。