CN107170009B - 一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，包括：获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，并根据图像数据，构建体数据场；如果医学图像不属于对称图像，则根据图像数据，构建医学图像的头部皮肤三维模型；根据体数据场，提取头部皮肤三维模型的三维轮廓；将三维轮廓转换为对称的二维轮廓后，在二维轮廓上测量基弯参数；根据基弯参数，计算基弯值。采用本发明实施例能提高不对称医学图像的基弯数据测量准确率和效率。

Description

一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法

技术领域

本发明涉及医学图像技术领域，尤其涉及一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法。

背景技术

基弯(Base Curve)是风片式护目镜镜片水平方向的弯度，具备量化指标。市场上护目镜基弯根据欧亚不同人种只有固定的几个值，具有不同五官头颅特征的人有可能配戴具有同一型号基弯值的护目镜，降低了国人配戴舒适度。为此测量、收集人体五官头部与护目镜基弯值计算相关的参数，指导设计符合国人配戴的护目镜。传统的测量方法是手工测量，但因其存在众多问题，而发展出通过医学图像三维可视化技术进行测量。医学图像三维可视化技术是借助计算机辅助技术与图像处理技术，将医学设备扫描得到的二维断层图像序列重建三维图像并进行交互处理的理论、方法和技术。

目前，比较成熟的计算辅助系统如Materialise公司开发的Mimics 10.01，能对医学图像序列完成多种实用操作，而在基弯数据的测量，主要针对左右对称的图像和二维图像的处理，无法自动提取图像轮廓，需要人工干预，而人为操作对测量人员的要求较高，导致不对称图像的基弯数据测量不准确，测量效率低下。

发明内容

本发明实施例提出一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，能提高不对称医学图像的基弯数据测量准确率和效率。

本发明实施例提供一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，包括：

获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，并根据所述图像数据，构建体数据场和判断所述医学图像是否属于对称图像；

如果所述医学图像不属于对称图像，则根据所述图像数据，构建所述医学图像的头部皮肤三维模型；

根据所述体数据场，提取所述头部皮肤三维模型的三维轮廓；

将所述三维轮廓转换为对称的二维轮廓后，在所述二维轮廓上测量基弯参数；

根据所述基弯参数，计算基弯值。

进一步的，所述获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，具体为：

获取同一序列的DICOM格式医学图像，并根据医学图像DICOM解析协议，获得所述图像数据；其中，所述医学图像包含若干张图片；所述图像数据包括：图片数量以及各图片的尺寸、像素间距、像素数据。

进一步的，所述根据所述图像数据，构建体数据场，具体为：

根据所述图片数量和像素间距，确定所述体数据场的新建图片数量；

根据所述医学图像中各图像的最低位置，以所述像素间距为增量设置所述新建图片的位置，并根据所述新建图片的位置，使用像素插值法合成所述体数据场的各新建图片；

根据各所述新建图片的位置，构建所述体数据场。

进一步的，所述根据所述图像数据，构建所述医学图像的头部皮肤三维模型，具体为：

根据所述图像数据，使用双阈值分割法提取每张图片中的头部皮肤组织数据，再基于MC算法对所述头部皮肤组织数据进行三维重建，获得所述头部皮肤三维模型。

进一步的，所述根据所述体数据场，提取所述头部皮肤三维模型的三维轮廓，具体为：

经眼睑角膜过双侧瞳孔对所述头部皮肤三维模型进行剖面切割，获取所述头部皮肤模型与剖切面的交点，依次连接交点绘制出所述三维轮廓。

进一步的，所述过双侧瞳孔对所述头部皮肤三维模型进行剖面切割，获取所述头部皮肤模型与剖切面的交点，依次连接交点绘制出所述三维轮廓，具体为：

在所述头部皮肤三维模型上选择双瞳孔点，过所述双瞳孔点以垂直屏幕的方向作一个三维平面模拟对表面模型进行剖切，再根据图形渲染管线中几何逆变换原理和三维拾取方法，将所述双侧瞳孔点由坐标点变换至三维物体空间坐标，并根据所述双侧瞳孔点以及垂直屏幕的方向，确定虚拟切割平面方程；

遍历所述体数据场，逐一取所述头部皮肤三维模型表面的三角面片的两两顶点于切割平面的位置进行判断，若两顶点分别处于切割平面的不同侧，则确定所述两顶点构成的三角边与三维平面存在交点；

求取所述头部皮肤三维模型上三角边与切割平面的所有交点，依次连接后获得三维轮廓。

进一步的，在所述判断所述医学图像是否属于对称图像之后，还包括：

如果所述医学图像属于对称图像，则选择所述医学图像中包含双侧瞳孔横断面图像，在所述包含双侧瞳孔横断面图像上测量基弯参数；

根据在所述包含双侧瞳孔横断面图像上测量的基弯参数，计算基弯值。

进一步的，在获取并解析同一序列的医学图像之前，还包括：

对所述医学图像进行各向异性滤波处理。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，先获取并解析同一序列的医学图像，并构建体数据场和判断该医学图像是否属于对称图像，如果为非对称图像，则对该医学图像进行三维重建，获得三维模型，再将三维模型切割成对称的三维轮廓，并使用空间转换技术，将三维轮廓转换为二维轮廓，最后在二维轮廓上测量基弯参数，并根据基弯参数计算相应的基弯值。相比于现有技术只能处理对称的医学图像和无法自动提取图像轮廓的技术方案，本发明实现了不对称图像的基弯数据测量，提高了测量效率和精准度。

进一步的，本发明利用各向异性扩散滤波的方法对医学图像进行处理，以此来增加图像的信噪比和增强图片的边缘信息，提高后续测量基弯参数的精确性，进一步提高基弯数据测量的精准度。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法的一种实施例的步骤流程示意图；

图2是本发明提供的三维轮廓空间几何变换示意图；

图3是本发明提供的护目镜于头颅的位置关系示意图；

图4a是本发明提供的不对称图像的核磁图像示意图；

图4b是本发明提供的三维重建模型的效果图；

图4c是本发明提供的轮廓平面的效果图；

图4d是本发明提供的基弯参数BB的长度测量示意图；

图4e是本发明提供的基弯参数AB的长度测量示意图；

图4f是本发明提供的基弯参数AC的长度测量示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法的一种实施例的步骤流程示意图，该方法包括步骤101至步骤108，各步骤具体如下

步骤101：获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，并根据该图像数据，构建体数据场。

在本实施例中，获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，具体为：获取同一序列的DICOM格式医学图像，并根据医学图像DICOM解析协议，获得图像数据；其中，同一序列的医学图像包含若干张图片。图像数据包括：图片数量以及各图片的尺寸、像素间距、像素数据等有效的图像数据。

在本实施例中，根据图像数据，构建体数据场，具体为：根据图片数量和像素间距，确定体数据场的新建图片数量；根据该医学图像中各图像的最低位置，以像素间距为增量设置所述新建图片的位置，并根据新建图片的位置，使用像素插值法合成体数据场的各新建图片；根据各新建图片的位置，构建体数据场。

譬如，假设获取同一序列中的医学图像中含有n张图片，层间距为Δz，像素间的距离为Δx，则确定体数据场的新建图片的数量为nΔz/Δx。然后根据获取图像中的最低位sp，以Δx为增量设置新建图片的位置，再根据新建图片的位置在获取图像中查找于新建图片位置最小的两张图片，用这两张图片的像素插值合成新建图片的像素值。最后按照每张新建图片的位置，构建体数据场。这样整个三维体数据场被表示为三个正交方向上排列整齐的体素列阵。

在本实施例中，构建后的体数据场可以通过调窗技术，显示在显示屏上。

步骤102：判断该医学图像是否属于对称图像；如果该医学图像不属于对称图像，则执行步骤103，否则，执行步骤107。

步骤103：根据图像数据，构建该医学图像的头部皮肤三维模型。

在本实施例中，当确定该医学图像为不对称图像时，根据图像数据，构建该医学图像的头部皮肤三维模型，具体为：根据图像数据，使用双阈值分割法提取每张图片中的头部皮肤组织数据，再基于MC算法对头部皮肤组织数据进行三维重建，获得头部皮肤三维模型。其中，MC算法为现有技术，在此不再赘述。

步骤104：根据该体数据场，提取头部皮肤三维模型的三维轮廓。

在本实施例中，步骤104具体为：经眼睑角膜过双侧瞳孔对所述头部皮肤三维模型进行剖面切割，获取该头部皮肤模型与剖切面的交点，依次连接交点绘制出三维轮廓。譬如，在三维头部模型上选择双侧瞳孔这两点，过这两点以垂直屏幕的方向作一个三维平面模拟对表面模型进行剖切，再根据图形渲染管线中几何逆变换原理和三维拾取方法，将双侧瞳孔坐标点变换至三维物体空间坐标，并根据双侧瞳孔两点以及垂直屏幕的方向，确定虚拟切割平面方程。然后遍历体数据场，逐一取模型表面的三角面片的两两顶点于切割平面的位置进行判断，若两顶点分别处于切割平面的不同侧，则可确定这两点构成的三角边与三维平面有交点。最后，求取模型上三角边与切割平面的所有交点，依次连接后获得三维轮廓。

步骤105：将该三维轮廓转换为对称的二维轮廓后，在二维轮廓上测量基弯参数。

在本实施例中，步骤105通过三维轮廓空间转换，将三维轮廓转化为二维轮廓，主要是通过旋转使三维轮廓所在面的法向量平行于z坐标轴。具体空间变换如图2所示，其中，n＝(A，B，C)是轮廓所在面的法向量α和β分别是两次需要旋转的角度。α求取方法为：将平面法向量绕x轴旋转，使法向量n处在xoz平面上，旋转角α等于原法向量在yoz平面上的投影于z轴的夹角值。β求取方法为：将三维轮廓绕y轴旋转，使法向量n于z轴重合，旋转角β等于原法向量在xoz平面上的投影于z轴的夹角值。

在本实施例中，基弯是风片式护目镜镜片水平方向的弯度。基弯值的计算公式如下所示：

B＝(N-1)*1000/R

其中，N是护目镜镜片材料的折射率，R是该镜片的曲率半径。由上式可知，半径R是计算基弯值的唯一未知参数，也是计算基弯值所必须求解的值。

参见图3，图3是本发明提供的对称轮廓上的基弯参数示意图。球状体的半径R通过正确配戴的护目镜与头颅的位置关系进行求解。图3可以假设为人在配戴护目镜的情况下拍摄的核磁断面平行断层扫描的图像。其中，圆形表示护目镜，该圆的位置有B、D、B’和D’四点的位置确定。B和B’分别是左右耳轮上缘做一水平线与耳屏垂直线的交点。D和D’是过瞳孔经角膜顶点做垂线交于护目镜镜片的点。C是C’是角膜顶点。CD和C’D’是护目镜镜片到角膜顶点的距离，正确配戴框架眼镜时这个距离为12mm。AC和A’C’是角膜顶点C、C’到BB’的垂直距离。而本发明所指的基弯参数包括：BB’、AB、A’B’、AC和A’C’的长度。

步骤106：根据该基弯参数，计算基弯值。

在本实施例中，步骤106具体为：在BB’上建立x轴，过BB’的中点垂直于BB’建立y轴，从而测量出B、B’、D和D’的坐标。令圆的表达式为Ax²+By²＝R²。将四个点的坐标以此带入该表达式，可计算出曲率半径R，将R代入基弯计算公式中即可求得基弯值。

步骤107：选择该医学图像中包含双侧瞳孔横断面图像，在包含双侧瞳孔横断面图像上测量基弯参数。

步骤108：根据在包含双侧瞳孔横断面图像上测量的基弯参数，计算基弯值

在本实施例中，如果该医学图像属于对称图像，则在冠状面找到瞳孔的位置，利用图像不同方向间的交互技术，得到含有双侧瞳孔的横断面图像。然后根据在包含双侧瞳孔横断面图像上测量的基弯参数，求出基弯值，计算过程可参见步骤105至106。

为了更好的说明本发明技术方案，参见图4a至图4f，其分别为不对称图像基弯值的测量过程示意图。首先，原不对称核磁图像如图4a所示，对其进行滤波处理后，将得到的图像数据构建体数据场，再根据体数据场进行三维重建，构建三维模型，效果图如图4b所示。然后提取三维轮廓，将三维轮廓转化为二维轮廓，效果如图4c所示。再测量基弯参数BB’、AB、A’B’、AC和A’C’，效果图分别如图4d、图4e和图4f所示。最后，根据基弯参数，计算出曲率半径R，利用曲率半径R求得基弯值。

由上可见，本发明实施例提供一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，先获取并解析同一序列的医学图像，并构建体数据场和判断该医学图像是否属于对称图像，如果为非对称图像，则对该医学图像进行三维重建，获得三维模型，再将三维模型切割成对称的三维轮廓，并使用空间转换技术，将三维轮廓转换为二维轮廓，最后在二维轮廓上测量基弯参数，并根据基弯参数计算相应的基弯值。相比于现有技术只能处理对称的医学图像和无法自动提取图像轮廓的技术方案，本发明实现了不对称图像的基弯数据测量，提高了测量效率和精准度。

进一步的，本发明利用各向异性扩散滤波的方法对医学图像进行处理，以此来增加图像的信噪比和增强图片的边缘信息，提高后续测量基弯参数的精确性，进一步提高基弯数据测量的精准度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，包括：

获取并解析同一序列的医学图像，获得图像数据，并根据所述图像数据，构建体数据场和判断所述医学图像是否属于对称图像，具体为：获取同一序列的DICOM格式医学图像，并根据医学图像DICOM解析协议，获得所述图像数据；其中，所述医学图像包含若干张图片；所述图像数据包括：图片数量以及各图片的尺寸、像素间距、像素数据；

如果所述医学图像不属于对称图像，则根据所述图像数据，构建所述医学图像的头部皮肤三维模型，具体为：根据所述图像数据，使用双阈值分割法提取每张图片中的头部皮肤组织数据，再基于MC算法对所述头部皮肤组织数据进行三维重建，获得所述头部皮肤三维模型；

根据所述体数据场，提取所述头部皮肤三维模型的三维轮廓；

将所述三维轮廓转换为对称的二维轮廓后，在所述二维轮廓上测量基弯参数，具体为：通过旋转使所述三维轮廓所在面的法向量平行于z坐标轴，获得所述二维轮廓后，在所述二维轮廓上测量基弯参数；

根据所述基弯参数，计算基弯值。

2.根据权利要求1所述的基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，所述根据所述图像数据，构建体数据场，具体为：

根据所述图片数量和像素间距，确定所述体数据场的新建图片数量；

根据所述医学图像中各图像的最低位置，以所述像素间距为增量设置所述新建图片的位置，并根据所述新建图片的位置，使用像素插值法合成所述体数据场的各新建图片；

根据各所述新建图片的位置，构建所述体数据场。

3.根据权利要求1所述的基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，所述根据所述体数据场，提取所述头部皮肤三维模型的三维轮廓，具体为：

经眼睑角膜过双侧瞳孔对所述头部皮肤三维模型进行剖面切割，获取所述头部皮肤模型与剖切面的交点，依次连接交点绘制出所述三维轮廓。

4.根据权利要求3所述的基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，所述过双侧瞳孔对所述头部皮肤三维模型进行剖面切割，获取所述头部皮肤模型与剖切面的交点，依次连接交点绘制出所述三维轮廓，具体为：

在所述头部皮肤三维模型上选择双侧瞳孔点，经眼睑角膜过所述双侧瞳孔点以垂直屏幕的方向作一个三维平面模拟对表面模型进行剖切，再根据图形渲染管线中几何逆变换原理和三维拾取方法，将所述双侧瞳孔点由坐标点变换至三维物体空间坐标，并根据所述双侧瞳孔点以及垂直屏幕的方向，确定虚拟切割平面方程；

遍历所述体数据场，逐一取所述头部皮肤三维模型表面的三角面片的两两顶点于切割平面的位置进行判断，若两顶点分别处于切割平面的不同侧，则确定所述两顶点构成的三角边与三维平面存在交点；

求取所述头部皮肤三维模型上三角边与切割平面的所有交点，依次连接后获得三维轮廓。

5.根据权利要求1所述的基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，在所述判断所述医学图像是否属于对称图像之后，还包括：

如果所述医学图像属于对称图像，则选择所述医学图像中包含双侧瞳孔横断面图像，在所述包含双侧瞳孔横断面图像上测量基弯参数；

根据在所述包含双侧瞳孔横断面图像上测量的基弯参数，计算基弯值。

6.根据权利要求1所述的基于医学图像的护目镜基弯数据测量方法，其特征在于，在获取并解析同一序列的医学图像之前，还包括：

对所述医学图像进行各向异性滤波处理。

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