CN112190329B - 一种三维重建颞下颌关节的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维重建颞下颌关节的方法，所述方法是通过对颞下颌关节区域不同序列的磁共振数据进行融合，并根据融合后的数据进行三维建模，以最终获得一重建的颞下颌关节软硬组织；其中，所述磁共振数据包括斜矢状位数据和冠状位数据。本发明的方法通过多序列MRI图像识别和信息提取、融合技术，以较低的成本，针对感兴趣的区域，即颞下颌关节区域，准确、快速的获得原始数据量数倍的高质量磁共振图像数据，进而使用更加真实的数据进行三维重建。本发明可以克服磁共振数据量少、直接重建模型质量差及计算机模拟充填失真的缺点。

Description

一种三维重建颞下颌关节的方法

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术领域，尤其涉及一种三维重建颞下颌关节的方法。

背景技术

目前，已知的一种三维重建方法，基于MRI(磁共振成像)困难气道三维重建方法，包括以下步骤：①DICOM图像获取和DICOM格式文件转换：基于MRI对平卧位和后仰位上气道进行扫描，将扫描得到矢状位MRI图像以DICOM格式输出文件，以CD光盘刻录，标记受试者编号备用；②三维数字模型重建：将DICOM格式数据文件导入Mimics10.01软件，自动区分扫描方向，设置相应视图方向，读入数据；确定需要进行三维成像的组织范围；利用软件将所需的组织通过不同灰度进行边缘自动识别，将所需组织在MRI图片中逐张进行识别与处理，并进行三维图像生成及处理；③三维数字模型填充：通过软件对步骤②生成的线条式的三维数字模型进行填充处理，填充后得到立体结构的气道三维模型；④三维数字模型测量：利用软件自动测量三维数字模型下颌骨体部、升支部各个标志点三维空间距离及角度关系，包括下颌体及升支不同部位的长度、角度，门齿点、咽后壁最高点、声门裂中点组成的齿咽声角相关解剖指标数值，预测正常气道和困难气道解剖学上的差异从而做到全面、精确的量化困难气道的解剖学的特异性；⑤三维数字模型可靠性和有效性验证。上述方法，基于上气道MRI扫描图片，结合逆向工程软件重建出真实的上气道及其周围结构的三维数字模型；可真实的展现上气道及周围的结构和形态，可进行一定量的荷载分析从而进行相关力学和唯一的测量分析奠定基础，并且，可通过上气道三维数字模型标示出气道的准确位置。

但是，上述方法中的第二步、第三步重建和三维模型处理存在技术缺陷，进而影响了该方法三维重建的结果可靠程度。上述方法中存在以下的技术缺陷：1)磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)的成像原理(质子在磁化后的回波)决定了它的图像有较大的层厚(通常大于等于2mm)和层间隔(通常大于等于0.5mm)，第二步中，使用Mimics软件和dicom格式数据重建模型质量差。2)第三步中，线条式三维模型的充填处理有很大的失真。充填过程中所产生的轮廓是根据仅有的少量数据计算、模拟而来，并不能反映真实的解剖结构。3)Mimics 10.01软件版本相对落后。

因此，亟需提供一种用少量数据计算就能获得更加真实的解剖结构的三维重建方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服磁共振数据量少、直接重建模型质量差、计算机模拟充填失真的缺点，提供一种可以准确、快速的获得原始数据量4-8倍的高质量MRI二维影像数据，进而使用更加真实的数据进行三维重建颞下颌关节的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三维重建颞下颌关节的方法，所述方法是通过对颞下颌关节区域不同序列的磁共振数据进行融合，并根据融合后的数据进行三维建模，以最终获得一重建的颞下颌关节软硬组织；其中，所述磁共振数据包括斜矢状位数据和冠状位数据。

进一步，所述斜矢状位数据为闭口位斜矢状向质子加权序列图像数据。所述闭口位斜矢状向质子加权序列图像数据是利用检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行斜矢状向扫描获得的质子加权图像。

进一步，所述冠状位数据为闭口位冠状向T2加权序列图像数据。所述闭口位冠状向T2加权序列图像数据是利用检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行冠状向扫描获得的T2加权图像。

进一步，所述颞下颌关节区域包括颞下颌关节及其邻近肌肉和软组织。

进一步，所述方法包括：

通过检查设备对颞下颌关节区域进行磁共振扫描(MRI扫描)，以获得原始的磁共振数据(MRI数据)的步骤；

将获得的所述闭口斜矢状位数据和所述冠状位数据进行融合的步骤；以及，三维建模的步骤；

其中，所述对获得的闭口斜矢状位数据和冠状位数据进行融合的步骤包括：将所述斜矢状位数据与所述冠状位数据根据三维特点进行计算机配准融合的步骤，对融合后的数据集重新进行斜矢状位分割的步骤，以及，对所述斜矢状位数据进行插值的步骤。

进一步，所述将获得的斜矢状位数据和冠状位数据进行融合的具体步骤，如下所示：

对所述闭口斜矢状位数据和所述冠状位数据通过三维特点融合，得到数据集A；对所述数据集A重新进行闭口斜矢状向分割，得到斜矢状位图像，并采用线性插值法对所述斜矢状位数据进行插值，生成图像集B。

进一步，所述插值的数据为上述重新分割得到的所述斜矢状位图像。

进一步，所述图像集B的数据量为原始的所述斜矢状位数据的4-8倍。在原有数据的基础上改善了三维重建的数据量，进而获得更加真实的解剖结构。

进一步，所述三维建模为对所述图像集B进行三维重建，得到重建的颞下颌关节软硬组织三维模型。

本发明一具体实施例中，所述图像集B为一组二维图像，所述图像集B有40-60张。

本发明中，所述检查设备选自美国GE Signa Excite 1.5T Twin Speed超导MRI扫描仪、Phillips Ingenia 3.0T MRI扫描仪和United Imaging uMR 560扫描仪中的一种。

进一步，所述GE Signa Excite 1.5T Twin Speed超导MRI扫描仪的射频线圈为3INCH DUAL表面线圈。

进一步，所述Phillips Ingenia 3.0T MRI扫描仪的射频线圈为dSFlex M表面线圈。

进一步，所述United Imaging uMR 560扫描仪的射频线圈为TMJ线圈。

本发明一实施例中，采用所述三维重建颞下颌关节的方法的具体应用的步骤包括：MRI数据导入→多序列三维空间定位→图像插值→三维体重建→MRI图像空间位置匹配Tuxiang p→迭代算法匹配→生成MRI后处理数据。本发明可以更加真实地体现出患者的颞下颌关节区域的状况。

本发明中，所述多序列磁共振数据采用同一检查设备扫描获得。

本发明的有益效果：

本发明的方法利用检查设备对颞下颌关节区域进行磁共振扫描得到多序列磁共振数据，然后将多序列磁共振数据进行融合，进行三维建模，实现了三维重建颞下颌关节软硬组织。本发明通过多序列MRI图像识别和信息提取、融合技术，以较低的成本，针对感兴趣的区域，准确、快速的获得原始数据量4-8倍的高质量MRI二维影像数据，进而使用真实的数据进行三维重建。

本发明的方法克服了磁共振数据量少、直接重建模型质量差及计算机模拟充填失真的缺点。本发明的方法不改变MRI原始数据采集的方法，不增加医生、医院和患者的检查成本；本发明有效地利用了现有的数据，重建速度快；本发明基于真实的多个数据改善可用于三维重建的数据量，结果可信；本发明实现针对感兴趣区域真实的三维成像可改进现有的二维诊断体系，从而给患者提供更加合适的治疗方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中磁共振数据融合和重建的示意图。

图2为本发明实施例中磁共振数据三维重建的示意图。

图3为本发明实施例中三维重建颞下颌关节的方法的应用流程示意图。

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。

本发明实施例提供一种三维重建颞下颌关节的方法，见图1和图2所示的，所述方法是通过对颞下颌关节区域的磁共振数据进行融合，并根据融合后的数据进行三维建模，以最终获得一重建的颞下颌关节软硬组织三维模型。所述磁共振数据包括斜矢状位数据和冠状位数据。

本实施例中，所述颞下颌关节区域包括颞下颌关节及其邻近肌肉和软组织。

本实施例中，所述斜矢状位数据为闭口位斜矢状向质子加权序列图像数据。所述闭口位斜矢状向质子加权序列图像数据是利用检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行斜矢状向扫描获得的质子加权图像。

本实施例中，所述冠状位数据为闭口位冠状向T2加权序列图像数据。所述闭口位冠状向T2加权序列图像数据是利用检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行冠状向扫描获得的T2加权图像。

本实施例中，如图1所示，所述方法包括：从用于重建的原始数据中提取多个MRI序列信息，并进行处理，得到综合处理后用于重建的数据。

具体地，如图1和图2所示，所述方法包括：

通过检查设备对颞下颌关节区域进行磁共振扫描，以获得原始的磁共振数据的步骤；

将获得的所述斜矢状位数据和所述冠状位数据进行融合的步骤；以及，三维建模的步骤；

其中，所述对获得的斜矢状位数据和冠状位数据进行融合的步骤包括：将所述斜矢状位数据与所述冠状位数据根据三维特点进行计算机配准融合的步骤，对融合后的数据集重新进行斜矢状位分割的步骤，以及，对所述斜矢状位数据进行插值的步骤。

本实施例中，所述将获得的斜矢状位数据和冠状位数据进行融合的具体步骤如下：

对所述闭口斜矢状位数据和所述冠状位数据通过三维特点进行融合，后得到数据集A；对所述数据集A重新进行闭口斜矢状向分割，得到斜矢状位图像，并采用线性插值法对所述斜矢状位数据进行插值，生成图像集B。

本实施例中，所述插值的数据为上述重新分割得到的所述斜矢状位图像。对所述数据集A重新进行闭口斜矢状向切割及对获得的所述闭口斜矢状位图像进行插值，生成的所述图像集B的数据量为原始的所述斜矢状位数据的4-8倍。

本实施例中，所述三维建模为对所述图像集B进行三维重建，以得到重建的颞下颌关节软硬组织三维模型。

例如，所述图像集B为一组有40-60张的二维图像，更加真实地反映解剖结构，从而给患者提供更加合适的治疗方案。

在一些实施例中，不同序列的磁共振数据均采用同一检查设备扫描获得。

所述检查设备选自美国GE Signa Excite 1.5T Twin Speed超导MRI扫描仪、Phillips Ingenia 3.0T MRI扫描仪和United Imaging uMR 560扫描仪中的一种。

所述GE Signa Excite 1.5T Twin Speed超导MRI扫描仪的射频线圈为3INCHDUAL表面线圈。所述Phillips Ingenia 3.0T MRI扫描仪的射频线圈为dSFlex M表面线圈。所述United Imaging uMR 560扫描仪的射频线圈为TMJ线圈。

在一些实施例中，请参考图3所示，实际应用所述三维重建颞下颌关节的方法的步骤包括：MRI数据导入→多序列三维空间定位→图像插值→三维体重建→MRI图像空间位置匹配Tuxiang p→迭代算法匹配→生成MRI后处理数据。

更具体地讲，利用本发明实施例提供的所述三维重建颞下颌关节的方法，能够准确、快速的获得原始数据量4-8倍的高质量MRI二维影像数据，进而使用更加真实的数据进行三维重建颞下颌关节软硬组织，进而通过重建的三维体获得更加真实的磁共振数据，体现出患者的颞下颌关节区域实际的状况。

本发明在实际应用中，医生可以根据通过本发明的方法来重建颞下颌关节软硬组织，更加真实地了解颞下颌关节盘移位患者及骨关节病患者的颞下颌关节软硬组织的解剖结构，使医生能够通过软、硬组织磁共振成像准确评价关节盘和髁突的相对位置，定位病损范围，有利于后期制定治疗方案。

根据图1可知，现有技术中通常直接利用原始的磁共振数据进行三维重建，而本发明采用的是将原始的磁共振数据先融合再三维重建的方法，得到更加精确的重建模型，效果显著。

此外，利用本发明的方法，对关节盘的侧向移位、旋转、折叠、体积、长度和宽度的测量也将更加精确。

综上所述，相对于现有技术，本发明提供的三维重建颞下颌关节的方法能够重建更加真实、精确的三维解剖结构，便于后期制定更佳的治疗方案，应用范围较广。

以上所述仅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，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种三维重建颞下颌关节的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过检查设备对颞下颌关节区域进行磁共振扫描，以获得原始的多序列磁共振数据；所述颞下颌关节区域包括颞下颌关节及其邻近肌肉和软组织；所述多序列磁共振数据包括斜矢状位数据和冠状位数据；

将获得的所述斜矢状位数据和所述冠状位数据根据三维特点进行计算机配准融合，得到数据集A；对所述数据集A重新进行斜矢状向分割，得到重新分割的斜矢状位图像，并对所述重新分割的斜矢状位数据进行线性插值，生成图像集B；所述图像集B的数据量为所述斜矢状位数据的4-8倍；

根据融合后的数据进行三维建模，所述三维建模为对所述图像集B进行三维重建，以最终获得一重建的颞下颌关节软硬组织三维模型；

其中，所述斜矢状位数据为闭口位斜矢状向质子加权序列图像数据，是利用所述检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行斜矢状向扫描获得的质子加权图像；

所述冠状位数据为闭口位冠状向T2加权序列图像数据，是利用所述检查设备在患者闭口的情况下对所述颞下颌关节区域延关节头上下方向的长轴进行冠状向扫描获得的T2加权图像。

2.根据权利要求1所述的三维重建颞下颌关节的方法，其特征在于，所述插值的数据为上述重新分割得到的所述斜矢状位图像。

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