CN114820902B - 一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗影像技术领域，具体公开了一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取医疗影响，构建矢状面和冠状面的图像数据；直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。本方案通过在轮廓提取和渲染上保证准确性的同时提供更快响应的结果，尽可能减少医生多向观察时所耗费的时间，提升多向观察的效率。通过直接通过切割面获取边界坐标数据，减少了步骤提高了效率。

Description

一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统

技术领域

本发明属于医疗影像技术领域，特别是关于一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统。

背景技术

近年来，以腔内隔绝术为代表的腔内血管外科手术获得了迅速的发展，已逐渐替代许多传统血管手术。腔内手术与传统手术的方法和实现步骤截然不同，它们对血管影像学评估的依赖程度也不同。传统手术是在直视下依靠眼、手三维坐标系来进行的，医生可从外侧和内侧直接观察并准确测量病变段血管，并能根据需要对人工血管等手术材料进行任意的裁剪，以适应不同解剖结构的需要。所以，传统手术对于术前获得精确的血管形态学数据没有过高的要求。而腔内手术则不同。首先，医生对手术野的观察和操作需通过平面的X线监视屏进行，即依靠眼、器械二维坐标系来进行，因此，医生充分了解病变段血管三维解剖形态极为重要。其次，腔内手术只能通过影像学检查进行各种参数的测量，且对血管长度、口径等参数测量的精确性要求很高。再次，腔内手术使用的各种移植物的规格是恒定的，进入体内后被允许的修正范围很小，因此，必须在手术前就选择好合适规格的移植物。错误或不准确的术前评估可准确性不足的影像学评估可能导致错误的手术决策、手术规划和移植物选择，进而直接导致腔内手术的失败或严重并发症，使病人被迫中转传统手术甚至面临生命危险。

三维重建技术是计算机视觉和计算机图形学一直以来研究的热门方向之一，它研究如何通过物体的二维信息来获取物体在空间中的三维信息。精准的三维模型在计算机动画、医学图像处理、科学计算和虚拟现实、数字媒体创作等诸多领域发挥很大的作用。在计算机内生成可视的立体模型主要有以下几种方法：一、直接获取物体表面信息。使用三维扫描仪逐片扫描物体，直接获取物体空间点云，然后将点云连接成三角面片，获取高精度的三维模型。二、根据光度立体视觉的方法重建三维模型。固定相机的位置，拍摄不同光照场景的多幅图片，迭代求出物体表面的法向量，进而恢复物体的三维形状。三、多视角立体视觉的方法。从多个角度对物体拍照，然后将照片数据二值化，通过物体的轮廓线恢复物体形状。

综上所述，目前常见的多平面重建渲染三维模型轮廓的方法是将轮廓点云构建成三维体模型，再根据提供的坐标信息去对体模型进行切割，然后将切割后的得到的目标体模型投影到平面上，最后收集平面中投影的边界点数据渲染成轮廓。整个过程繁琐效率低，各个步骤之间衔接不顺畅，适配性较低，使得整个周期延长，耗时耗力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统，其能够解决目前多平面重建过程中渲染三维模型轮廓的效率问题。

本发明提供了一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法，包括以下步骤：

S1，获取医疗影响，构建矢状面和冠状面的图像数据；

S2，直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；

S3，对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

S4，对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

优选地，所述S2具体包括：

按用户输入的矢状面和冠状面坐标信息进行切割，并根据切割平面构建出矢状面和冠状面的图像数据。

本发明还提供了一种基于点云渲染三维模型轮廓的系统，所述系统用于实现基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤，包括：

多平面重建模块，用于构建矢状面和冠状面的图像数据；

轮廓点云切割模块，用于直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对改轮廓点云结构进行切割；

轮廓提取模块，用于对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

轮廓渲染模块，用于对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤。

与现有技术相比，根据本发明提供的一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取医疗影响，构建矢状面和冠状面的图像数据；直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。本方案通过在轮廓提取和渲染上保证准确性的同时提供更快响应的结果，尽可能减少医生多向观察时所耗费的时间，提升多向观察的效率。通过利用点云构建的空心结构切割，能直接通过切割面获取边界坐标数据。相较于目前对三维体模型切割后投影到平面再寻找投影边界的方式，三维体模型是实心的，投影得到一个平面，再寻找平面的边界，需要的步骤更多导致效率更低。

附图说明

图1为本发明提供的基于点云渲染三维模型轮廓的方法的流程图；

图2为本发明提供的可能的电子设备的硬件结构示意图；

图3为本发明提供的可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；

图4为本发明提供的根据矢状面和冠状面的结构清晰地知道勾画的立体效果；

图5为本发明提供的根据矢状面、冠状面位置坐标对点云进行边界寻找的示意图

图6为本发明提供的按层连结边界渲染出矢状面和冠状面的对应结构轮廓图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取医疗影像，构建矢状面和冠状面的图像数据；直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。本方案通过在轮廓提取和渲染上保证准确性的同时提供更快响应的结果，尽可能减少医生多向观察时所耗费的时间，提升多向观察的效率。通过利用点云构建的空心结构切割，能直接通过切割面获取边界坐标数据。相较于目前对三维体模型切割后投影到平面再寻找投影边界的方式，三维体模型是实心的，投影得到一个平面，再寻找平面的边界，需要的步骤更多导致效率更低。

在一个具体的实施场景中：

医生在打开一套患者图像时，加载完相关图像像素信息后，将会有3个窗口分别显示横断面、矢状面、冠状面。医生将会在横断面上勾画器官或者靶区，通过实时勾画的结果在矢状面、冠状面上重建并渲染出相关截面对应的勾画轮廓。医生可根据矢状面和冠状面的结构清晰地知道勾画的立体效果，如图4所示。

在该场景下，医生每一次勾画后矢状面和冠状面的重建和渲染速度将会影响医生的使用体验和勾画效率。

以上所述的操作过程包括如下步骤：

步骤A：根据横断面勾画的结构坐标构建点云。

步骤B：使用矢状面和冠状面的位置数据作为截面坐标切割点云，得到切割后的点云。

步骤C：根据矢状面、冠状面位置坐标，对点云进行边界寻找，如图5所示。

步骤D：按层连结边界，渲染出矢状面和冠状面的对应结构轮廓如图6所示。

请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：S1，获取医疗影响，构建矢状面和冠状面的图像数据；

S2，直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；

S3，对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

S4，对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

请参阅图3为本发明提供的计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：S1，获取医疗影响，构建矢状面和冠状面的图像数据；

S2，直接构建轮廓点云结构，并根据用户给出的坐标对轮廓点云结构进行切割；

S3，对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

S4，对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种基于点云渲染三维模型轮廓的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取医疗影像，构建矢状面和冠状面的图像数据；

S2，根据横断面勾画的结构坐标构建点云；再使用矢状面和冠状面的位置数据作为截面坐标切割点云，得到切割后的点云；

S3，对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

S4，对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，以供直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

2.一种基于点云渲染三维模型轮廓的系统，其特征在于，所述系统用于实现如权利要求1所述的基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤，包括：

多平面重建模块，用于构建矢状面和冠状面的图像数据；

轮廓点云切割模块，用于根据横断面勾画的结构坐标构建点云；再使用矢状面和冠状面的位置数据作为截面坐标切割点云，得到切割后的点云；

轮廓提取模块，用于对切割得到的轮廓点云做边界寻找，以提取截面的轮廓坐标数据；

轮廓渲染模块，用于对提取的轮廓进行排布、连结和渲染，将轮廓坐标数据渲染在经过多平面重建生成的矢状面和冠状面的图像数据上，让医生可以直观地查看选定的坐标截面下的轮廓。

3.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现如权利要求1所述的基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的基于点云渲染三维模型轮廓的方法的步骤。

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