CN114972623A - 一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 - Google Patents
一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114972623A CN114972623A CN202210000119.3A CN202210000119A CN114972623A CN 114972623 A CN114972623 A CN 114972623A CN 202210000119 A CN202210000119 A CN 202210000119A CN 114972623 A CN114972623 A CN 114972623A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cross
- organ
- section
- dimensional
- pelvic floor
- 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.)
- Granted
Links
- 210000003903 pelvic floor Anatomy 0.000 title claims abstract description 125
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 111
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims abstract description 148
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims abstract description 66
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 14
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 4
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 claims description 3
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 claims description 2
- 238000011410 subtraction method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 claims 2
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012549 training Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 208000012287 Prolapse Diseases 0.000 description 4
- 210000003041 ligament Anatomy 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 210000004291 uterus Anatomy 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 210000002640 perineum Anatomy 0.000 description 2
- 210000000664 rectum Anatomy 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 210000001215 vagina Anatomy 0.000 description 2
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000037237 body shape Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002175 menstrual effect Effects 0.000 description 1
- 230000004630 mental health Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 238000013421 nuclear magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 210000003932 urinary bladder Anatomy 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 1
Images
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
- G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
- G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
- G06T3/4007—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on interpolation, e.g. bilinear interpolation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
- G06T7/0012—Biomedical image inspection
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/12—Edge-based segmentation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/10—Segmentation; Edge detection
- G06T7/13—Edge detection
-
- 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
- G06T2207/10088—Magnetic resonance imaging [MRI]
-
- 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
- G06T2207/30008—Bone
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Geometry (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，属于女性盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究领域。本方法利用盆底系统的少量横断面下MRI影像图片，分别提取各个器官每个横断面下内外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成形态特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构各个器官每个横断面下的内外轮廓曲线，生成形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构此器官的三维几何模型，最后通过各器官的原点配准和三维模型装配方法，生成盆底支持系统的三维几何模型。该方法效率高、精度高，可以方便、快捷地应用于盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究等领域。
Description
技术领域
本发明涉及女性盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究领域。主要是研究女性盆底系统三维重构建模方法，具体讲是一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法。
背景技术
女性盆底脏器脱垂的发病率高，是经产妇各年龄阶段的常见疾病，脱垂患病率高达37％，严重影响中老年女性的身心健康和生命质量。正常盆底支持系统在长期生长进化过程中形成了一个具有复杂的形态特征、位置特征和力学特征等多因素之间相互作用且保持正常的生物力学平衡的有机整体。由于盆底器官的软组织特性，尤其是存在静态与动态的功能差异，导致现有盆底系统的三维模型重构方法的研究进展缓慢。盆底系统的三维几何模型重构模型集中在盆底系统的脏器、韧带、盆底肌群等三维数字化重构模型及其相关参数测量和临床病例统计，主要用于数字化演示、学习、培训以及辅助诊疗和有限元力学分析等方面。现有盆底系统的三维重构方法所生成的各器官特征粗糙，精度低，缺乏各器官的形态特征和位置特征的精细化描述，且不利于快速、大量的重构不同类型的女性盆底系统的三维几何模型，亟需盆底系统的高效精确的三维几何模型重构建模方法。
在盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学等领域，现有盆底系统的三维重构几何建模方法存在明显的不足。现有女性盆底系统器官几何重构模型是通过Mimics软件对大量的矢状面、横断面和冠状面下每一张图像的器官边界进行软件自动阈值和人工阈值，人工描绘和处理，生成粗糙的外轮廓三维几何模型，再通过逆向工程软件GeomagicWrap进行光滑处理，消除噪点和杂点的方式进行曲面优化和曲面拟合，最后通过stp格式导入三维建模软件(Solidworks、UG等软件)生成器官外轮廓的三维实体几何模型。现有的器官内轮廓的重构方法与外轮廓的方法一样，通过Mimics软件生成粗糙的内轮廓三维几何模型，再通过逆向工程软件曲面光滑处理，导入三维建模软件生成器官内轮廓的三维几何模型，最后使用器官原点配准和三维模型装配方法，生成完整的盆底支持系统的三维几何模型，这无疑会使得工作量成倍增加，这种重构方法依赖临床获取大量的盆底系统的MRI影像图片，由于临床MRI扫描效率低，时间长，占用了大量的MRI临床检查资源，同时面对大量的临床MRI影像图片，依赖大量的人工处理，过程繁杂，操作复杂，导致盆底系统三维几何模型的重构效率低、精度低和周期长等缺点。
随着计算机信息技木的不断发展，数字医学和生物力学发展迅速，数字化建模应运而生。然而，现有技术女性盆底结构三维模型的重构大都采用较为粗糙的基于MRI图像的传统提取方法为基础，所建立的三维模型同样较为粗糙，不能较为真实细致的反应女性盆底的解剖学结构。
发明内容
本发明为了解决传统的基于大量的盆底系统矢状面、冠状面和横截面的MRI影像图片三维模型重建方法存在需要临床获取大量核磁共振影像图片，临床MRI扫描效率低，时间长，占用大量临床检查时间，面对大量的临床MRI影像图片，同时存在人工处理工作量大，提取效率低、精度低、时间长和过程繁杂等这一系列问题，提出了一种高效、精确的女性盆底系统三维建模方法，重构横断面下各器官的轮廓曲线和几何模型。该方法可用于不同类型的女性盆底支持系统的三维重构几何模型，所需盆底系统的临床MRI影像图片少，节约临床影像检查资源和时间，所得三维重构几何模型的精度较高、人工处理工作量小、过程简单、效率较高，可以方便、快捷地应用于盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究等领域。
该方法适用于不同类型的女性盆底支持系统的横断面下三维几何模型重构，利用盆底系统的少量横断面下MRI影像图片，判断盆底器官的形态特征，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下每个器官的形态特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法重构每个横断面下每个器官的轮廓曲线，生成盆底系统横断面下每个器官的形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构盆底器官的外轮廓三维几何模型。以同样的方法分别拾取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成内轮廓特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构每个横断面下各个器官的内轮廓曲线，生成内轮廓曲线集，利用曲线放样的方法重构盆底器官具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型，最后通过器官原点配准和三维模型装配方法，生成完整的盆底支持系统的三维几何模型，并通过矢状面来提高各个器官几何模型的精确度，工作量大约为传统三维模型重构方法的(1/8-1/3)倍，可以方便、快捷地应用于盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究等领域，对于研究不同类型的女性盆底和生物力学特性分析具有重要的作用。
本发明采用的技术方案为为：一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，实现步骤如下：
步骤1：基于核磁共振影像技术MRI获得女性盆底支持系统中各器官横断面下的MRI二维图像，选取部分获得的MRI二维图像，将其作为重构几何建模素材；
步骤2：通过医学影像重建软件对步骤1中选取的MRI二维图像在横断面上按照顺序分别对各个器官每个横断面下外轮廓的特征点进行标记，以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面确定特征点的位置，每相隔一段距离提取一个横断面，同时根据矢状面的MRI影像图片，判断盆底器官的形态特征，提取具有形态特征的横断面，标记横断面的特征点，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集，
步骤3：整体导出盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集，按Z坐标值对每个横断面的特征点子集进行数据预处理；
步骤4：将数据预处理后的每个横断面特征点子集坐标导入三维建模软件，通过曲线拟合方法重构每个横断面下器官的轮廓曲线，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构盆底器官的外轮廓三维几何模型；
步骤5：以步骤2到步骤4的方法分别拾取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成内轮廓特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构每个横断面下各个器官的内轮廓曲线，生成内轮廓曲线集，利用曲线放样的方法重构盆底器官具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型；
步骤6：利用建立起来的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型和步骤1中选取的MRI二维图像的矢状面上各个器官进行对比分析，对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型进行局部调整和优化处理；
步骤7：采用三维建模软件通过器官原点配准和三维模型装配方法对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型盆底器官进行装配配准，获得完整的女性盆底支持系统的重构三维几何模型。
具体地，本发明的方法适用于不同类型的女性盆底支持系统的横断面下三维几何模型的重构建模，包括基于正常健康状态、异常脱垂状态、静息状态、腹压状态下MRI影像，重构女性盆底系统三维几何模型，所需盆底系统的临床MRI影像图片少，所得三维重构几何模型的精度高、人工处理工作量小、过程简单、操作便捷、效率高，MRI图像区域从下腹部到臀部。
具体地，步骤2的具体步骤为：
2.1)通过医学影像重建软件Mimics，从特定器官的最顶部开始往最底部标记形态特征点，根据影像资料判断盆底器官的形态特征的变化趋势，采用非等距插值方法提取，非等距拟合方法来重构模型，同时以矢状面的MRI影像图片的盆底器官的形态特征为参考，每相隔3-8mm提取一个横断面，在此横断面下提取并生成具有明显的形态特征变化的特征点子集。
2.2)以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面更好的确定特征点的位置，从此器官的横断面的边界按顺序依次描绘，使得特征点是按照顺序排列的，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下此器官的形态特征点总集，再对盆底系统的其余器官进行特征点标记，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集。
具体地，步骤3的具体步骤为：在Mimics里面选中所有特征点，整体导出盆底系统横断面下器官的形态特征点总集的坐标值txt文本，将txt文本里面的坐标值单独提出来，同时根据Z坐标的差值把每个横断面的特征点分开，以便于后续每个横断面的曲线拟合成一条封闭曲线。
具体地，步骤4的具体步骤为：将数据预处理后的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式导入三维建模软件，通过曲线拟合方法来拟合曲线并生成曲线集。在距离曲线集两端曲线的中心向外的特定距离，补充生成两个端点，再直接利用曲线放样方法将生成的曲线集以及两个端点拟合重构成三维几何模型，生成一个具有光滑的顶部或底部的器官外轮廓的三维几何模型。
具体地，步骤5的具体步骤为：
5.1)分别提取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的内轮廓形态特征点总集，整体导出内轮廓形态特征点总集的坐标值并按照步骤3的方法进行数据预处理。
5.2)将数据预处理后的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式导入三维建模软件，通过曲线拟合方法来拟合曲线并生成内轮廓曲线集。在距离曲线集两端曲线的中心向外的特定距离，补充生成两个端点，再直接利用曲线放样方法将生成的曲线集以及两个端点拟合重构成三维几何模型，生成一个具有光滑顶部或底部的器官内轮廓三维几何模型；
5.3)通过三维建模软件，利用布尔相减方法，将生成的内轮廓三维几何模型从外轮廓三维几何模型中切除，生成一个具有内、外轮廓形态特征的空腔器官三维几何模型。
具体地，步骤6的具体步骤为：对横断面上的特征点在矢状面上位置进行对比分析，通过调整特征点的位置，生成优化后的轮廓曲线集，以此重构精确的器官三维模型，获得精确的各个器官的形态特征和位置特征。
具体地，步骤7中所述采用三维建模软件通过器官原点配准和三维模型装配方法对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型盆底器官装配配准，具体步骤为：在装配体中通过每个器官的原点与坐标原点的重合关系，配合得到每个器官之间的位置关系，生成整个盆底支持系统的三维几何模型。
具体地，所述的三维建模软件为Solidworks或UG等。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法以女性盆底支持系统的各器官组织为研究对象，基于核磁共振影像技术(MRI)获得女性盆底支持系统中各器官横断面图像，利用盆底系统的少量横断面下MRI影像图片，判断盆底器官的形态特征，分别提取各个器官每个横断面下外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法重构每个横断面下每个器官的轮廓曲线，生成盆底系统横断面下每个器官的形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构盆底器官的外轮廓三维几何模型。以同样的方法分别拾取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成内轮廓特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构每个横断面下各个器官的内轮廓曲线，生成内轮廓曲线集，利用曲线放样的方法重构盆底器官具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型，最后通过器官原点配准和三维模型装配方法，生成完整的盆底支持系统的三维几何模型。在这个过程中，采用矢状面来提高重构模型的精度，不断优化模型的精度及美观性，保证各个器官或组织的精度以及保证各个器官之间的位置关系，因此本发明方法获得的横断面下的各器官形位特征和三维重构几何模型较传统方法重构的三维模型更为精确。
(2)此方法适用于不同类型的女性盆底支持系统的三维几何模型的重构，包括静息态和腹压载荷下的MRI影像，不同精度的MRI影像和不同典型类型的MRI影像，所需盆底系统的临床MRI影像图片少，节约临床影像检查资源和时间，所得三维重构几何模型的精度较高、人工处理工作量小、过程简单、操作便捷、效率高，工作量大约为传统三维模型重构方法的(1/8-1/3)倍，可以方便、快捷地应用于盆底系统的三维数字建模、示教培训和生物力学研究等领域，对于研究不同类型的女性盆底具有重要的作用。
附图说明
图1是本发明实现流程图；
图2是提取的子宫阴道一个横断面下的特征点子集；
图3是提取的子宫阴道横断面下的特征点总集；
图4是提取的子宫阴道横断面下外轮廓曲线集；
图5是提取的子宫阴道横断面下内轮廓曲线集；
图6是拟合的子宫阴道三维实体几何模型；
图7是拟合的子宫阴道内外轮廓三维几何模型剖视图；
图8是拟合的盆底支持系统三维实体几何模型；
图9是拟合的盆底支持系统内外轮廓三维几何模型剖视图；
注：图中(a)、图(b)分别代表三维实体几何模型的正视图和轴测图。
具体实施方式
下面将结合附图(器官的提取以子宫阴道为例)以及具体实施例来详细说明本发明。
实施例1：如图1-9所示，一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法该方法，步骤如下：
步骤1：纳入一名身体健康、体型匀称的女性志愿者，并在检查前签署知情同意书，采用核磁共振影像技术对女性志愿者盆底支持系统扫描，获得女性盆底支持系统中各器官横断面下的MRI二维图像，MRI二维图像区域从下腹部到臀部，采用30-50张横断面下的MRI二维图像，将其作为重构几何建模素材。
步骤2：通过医学影像重建软件Mimics对MRI二维图像在横断面上按照顺序分别对各个器官每个横断面下外轮廓的特征点进行标记。以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面更好的确定特征点的位置，每相隔3-8mm提取一个横断面，同时根据矢状面的MRI影像图片，判断盆底器官的形态特征，提取具有形态特征的横断面。标记横断面的特征点，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集。
具体步骤为：
2.1)从特定器官的最顶部开始往最底部标记形态特征点，根据影像资料判断盆底器官的形态特征的变化趋势，采用非等距插值方法提取，非等距拟合方法来重构模型，同时以矢状面的MRI影像图片的盆底器官的形态特征为参考，每相隔3-8mm提取一个横断面，在此横断面下提取并生成具有明显的形态特征变化的特征点子集。
2.2)以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面更好的确定特征点的位置，从此器官的横断面的边界按顺序依次描绘，使得特征点是按照顺序排列的。提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集(图2)，生成盆底系统横断面下此器官的形态特征点总集(图3)，再对盆底系统的其余器官进行特征点标记，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集。子宫阴道提取了外轮廓20个横断面172个特征点和内轮廓17个横断面102个特征点、直肠提取了外轮廓18个横断面132个特征点和内轮廓18个横断面108个特征点、膀胱提取了外轮廓12个横断面97个特征点和内轮廓11个横断面91个特征点、肛提肌提取了8个横断面170个特征点、会阴体提取了5个横断面46个特征点。
步骤3：整体导出盆底系统横断面下器官的形态特征点总集，按Z坐标值对每个横断面的特征点子集进行数据预处理。具体步骤为：在Mimics里面先选中所有特征点，使用“Export”命令导出txt文本，将txt文本里面的坐标值复制到Word文档里面用Alt+鼠标左键框选删除里面的Name列，同时根据Z坐标的差值把每个横断面的特征点分开，最后将每个横断面的第一个特征点的坐标值复制到此横断面的最后一行，以便于后续每个横断面的曲线拟合成一条封闭曲线。
步骤4：将数据预处理后的每个横断面特征点子集坐标导入Solidworks三维建模软件，通过曲线拟合方法重构每个横断面下器官的轮廓曲线，生成盆底系统横断面下器官的形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构盆底器官的外轮廓三维几何模型。具体步骤为：将之前分开的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式通过txt文本导入Solidworks三维建模软件，通过“通过XYZ点的曲线”命令来拟合曲线并生成曲线集(图4)，为了使拟合生成的器官三维模型顶部或底部光滑，通过建立基准面在距离曲线集两端曲线的中心向外的一定距离通过草图生成两个端点，再通过利用“边界凸台/基体”命令将生成的曲线集以及两个端点拟合成几何模型，从而获得一个器官外轮廓的三维模型(图6)。
此处是采用三次样条曲线插值拟合，参数表达式为：
B样条曲线的总方程为
其中Pi(i＝0,1,…,n)是n+1个控制曲线的特征点，Fi,k(t)则是K阶B样条基函数，表示基函数的次数为k，这是第i个k次B样条基函数。B样条基函数是一个称为节点矢量的非递减的参数t的序列所决定的p+1阶分段多项式，也即p+1(p次)多项式样条。
三次B样条曲线方程中基函数为：
三次B样条曲线计算：
其中m的取值范围是从0到k-i，将(2)中的基函数代入到方程(1)中，就是：
P(t)＝P0*F0,3(t)+P1*F1,3(t)+P2*F2,3(t)+P3*F3,3(t) (3)
方程(3)就是三次B样条曲线方程。
步骤5：以步骤2到步骤4的方法分别拾取每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成内轮廓特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构每个横断面下各个器官的内轮廓曲线，生成内轮廓曲线集(图5)，利用曲线放样的方法重构盆底器官具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型(图7)。
具体步骤为：
5.1)分别提取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的内轮廓形态特征点总集，整体导出内轮廓形态特征点总集的坐标值进行数据预处理。
5.2)将数据预处理后的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式导入三维建模软件，通过曲线拟合方法来拟合曲线并生成内轮廓曲线集。在距离曲线集两端曲线的中心向外的特定距离，补充生成两个端点，再直接利用曲线放样方法将生成的曲线集以及两个端点拟合重构成三维几何模型，生成一个具有光滑顶部或底部的器官内轮廓三维几何模型。
5.3)通过Solidworks三维建模软件“边界切除”命令，利用生成的内轮廓曲线集切除外轮廓三维几何模型，获得一个具有内、外轮廓特征的器官的三维几何模型。
步骤6：利用建立起来的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型和步骤1中选取的MRI二维图像的矢状面上各个器官进行对比分析，对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型进行局部调整和优化处理。具体步骤为：对横断面上的特征点在矢状面上位置进行对比分析，通过调整特征点的位置，生成优化后的轮廓曲线集，以此重构精确的器官三维模型，获得精确的各个器官的形态特征和位置特征。
步骤7：采用Solidworks三维建模软件通过器官原点配准和三维模型装配方法对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型盆底器官进行装配配准，获得完整的女性盆底支持系统的重构三维几何模型。具体步骤为：在装配体中通过每个器官的原点与坐标原点的重合关系，配合得到每个器官之间的位置关系，生成整个盆底支持系统的三维几何模型(图8、图9)。
需要说明的是：本发明的方法适用于子宫、阴道、膀胱、直肠、肛提肌、会阴体，但是本方法并不限于上述提到的器官，还可以在本方法适用的情况下提取其他器官，例如主韧带、宫骶韧带等。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (9)
1.一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤如下：
步骤1：基于核磁共振影像技术MRI获得女性盆底支持系统中各器官横断面下的MRI二维图像，选取部分获得的MRI二维图像，将其作为重构几何建模素材；
步骤2：通过医学影像重建软件对步骤1中选取的MRI二维图像在横断面上按照顺序分别对各个器官每个横断面下外轮廓的特征点进行标记，以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面确定特征点的位置，每相隔一段距离提取一个横断面，同时根据矢状面的MRI影像图片，判断盆底器官的形态特征，提取具有形态特征的横断面，标记横断面的特征点，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集，
步骤3：整体导出盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集，按Z坐标值对每个横断面的特征点子集进行数据预处理；
步骤4：将数据预处理后的每个横断面特征点子集坐标导入三维建模软件，通过曲线拟合方法重构每个横断面下器官的轮廓曲线，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征轮廓曲线集，在此基础上，直接利用曲线放样方法重构盆底器官的外轮廓三维几何模型；
步骤5：以步骤2到步骤4的方法分别拾取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成内轮廓特征点总集，再利用三维建模软件，通过曲线拟合方法分别重构每个横断面下各个器官的内轮廓曲线，生成内轮廓曲线集，利用曲线放样的方法重构盆底器官具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型；
步骤6：利用建立起来的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型和步骤1中选取的MRI二维图像的矢状面上各个器官进行对比分析，对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型进行局部调整和优化处理；
步骤7：采用三维建模软件通过器官原点配准和三维模型装配方法对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型盆底器官进行装配配准，获得完整的女性盆底支持系统的重构三维几何模型。
2.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤1中获得的女性盆底支持系统中各器官横断面下的MRI二维图像包括女性正常健康状态、异常脱垂状态、静息状态、腹压状态下的MRI影像，MRI图像区域从下腹部到臀部。
3.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤2的具体步骤为：
2.1)通过医学影像重建软件Mimics，从特定器官的最顶部开始往最底部标记形态特征点，根据影像资料判断盆底器官的形态特征的变化趋势，采用非等距插值方法提取，非等距拟合方法来重构模型，同时以矢状面的MRI影像图片的盆底器官的形态特征为参考，每相隔3-8mm提取一个横断面，在此横断面下提取并生成具有明显的形态特征变化的特征点子集；
2.2)以横断面为主，矢状面为辅，通过矢状面更好的确定特征点的位置，从此器官的横断面的边界按顺序依次描绘，使得特征点是按照顺序排列的，提取每个横断面下器官外轮廓的特定数量的关键特征点子集，生成盆底系统横断面下此器官的形态特征点总集，再对盆底系统的其余器官进行特征点标记，生成盆底系统横断面下各个器官的形态特征点总集。
4.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤3的具体步骤为：在Mimics里面选中所有特征点，整体导出盆底系统横断面下器官的形态特征点总集的坐标值txt文本，将txt文本里面的坐标值单独提出来，同时根据Z坐标的差值把每个横断面的特征点分开，以便于后续每个横断面的曲线拟合成一条封闭曲线。
5.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤4的具体步骤为：将数据预处理后的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式导入三维建模软件，通过曲线拟合方法来拟合曲线并生成曲线集，在距离曲线集两端曲线的中心向外的特定距离，补充生成两个端点，再直接利用曲线放样方法将生成的曲线集以及两个端点拟合重构成三维几何模型，生成一个具有光滑的顶部或底部的器官外轮廓的三维几何模型。
6.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤5的具体步骤为：
5.1)分别提取各个器官每个横断面下内轮廓的特征点，获得每个横断面下的特征点子集，生成盆底系统横断面下各个器官的内轮廓形态特征点总集，整体导出内轮廓形态特征点总集的坐标值并按照步骤3的方法进行数据预处理；
5.2)将数据预处理后的每个横断面的特征点按照每次导入一个横断面的方式导入三维建模软件，通过曲线拟合方法来拟合曲线并生成内轮廓曲线集，在距离曲线集两端曲线的中心向外的特定距离，补充生成两个端点，再直接利用曲线放样方法将生成的曲线集以及两个端点拟合重构成三维几何模型，生成一个具有光滑顶部或底部的器官内轮廓三维几何模型；
5.3)通过三维建模软件，利用布尔相减方法，将生成的内轮廓三维几何模型从外轮廓三维几何模型中切除，生成一个具有内、外轮廓形态特征的空腔器官三维几何模型。
7.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤6的具体步骤为：对横断面上的特征点在矢状面上位置进行对比分析，通过调整特征点的位置，生成优化后的轮廓曲线集，以此重构精确的器官三维模型，获得精确的各个器官的形态特征和位置特征。
8.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：步骤7中所述采用三维建模软件通过器官原点配准和三维模型装配方法对重构的具有内、外轮廓形态特征的三维几何模型盆底器官装配配准，具体步骤为：在装配体中通过每个器官的原点与坐标原点的重合关系，配合得到每个器官之间的位置关系，生成整个盆底支持系统的三维几何模型。
9.根据权利要求1所述女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法，其特征在于：所述的三维建模软件为Solidworks或UG。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210000119.3A CN114972623B (zh) | 2022-01-01 | 2022-01-01 | 一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210000119.3A CN114972623B (zh) | 2022-01-01 | 2022-01-01 | 一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114972623A true CN114972623A (zh) | 2022-08-30 |
| CN114972623B CN114972623B (zh) | 2024-05-03 |
Family
ID=82975413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210000119.3A Active CN114972623B (zh) | 2022-01-01 | 2022-01-01 | 一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114972623B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5922018A (en) * | 1992-12-21 | 1999-07-13 | Artann Corporation | Method for using a transrectal probe to mechanically image the prostate gland |
| GB0404269D0 (en) * | 2004-02-26 | 2004-03-31 | Leuven K U Res & Dev | Time-dependent three-dimensional musculo-skeletal modeling based on dynamic surface measurements of bodies |
| CN101853523A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-10-06 | 南京大学 | 一种采用草图创建三维人脸模型的方法 |
| CN102800089A (zh) * | 2012-06-28 | 2012-11-28 | 华中科技大学 | 基于颈部超声图像的主颈动脉血管提取和厚度测量方法 |
| CN110070555A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-07-30 | 北京微播视界科技有限公司 | 图像处理方法、装置、硬件装置 |
| CN110363170A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-22 | 北京华捷艾米科技有限公司 | 视频换脸方法和装置 |
| CN110766783A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-02-07 | 江汉大学 | 一种零件的三维建模方法 |
| CN112734662A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 北京航空航天大学 | 一种针对锥齿轮磨损的机器视觉检测方法及系统 |
| CN113155043A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-23 | 深圳市鹰眼在线电子科技有限公司 | 透明材质屏幕厚度测量系统、方法及装置 |
| CN113570723A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 中国人民解放军陆军军医大学 | 具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法 |
-
2022
- 2022-01-01 CN CN202210000119.3A patent/CN114972623B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5922018A (en) * | 1992-12-21 | 1999-07-13 | Artann Corporation | Method for using a transrectal probe to mechanically image the prostate gland |
| GB0404269D0 (en) * | 2004-02-26 | 2004-03-31 | Leuven K U Res & Dev | Time-dependent three-dimensional musculo-skeletal modeling based on dynamic surface measurements of bodies |
| CN101853523A (zh) * | 2010-05-18 | 2010-10-06 | 南京大学 | 一种采用草图创建三维人脸模型的方法 |
| CN102800089A (zh) * | 2012-06-28 | 2012-11-28 | 华中科技大学 | 基于颈部超声图像的主颈动脉血管提取和厚度测量方法 |
| CN110070555A (zh) * | 2018-10-19 | 2019-07-30 | 北京微播视界科技有限公司 | 图像处理方法、装置、硬件装置 |
| CN110363170A (zh) * | 2019-07-22 | 2019-10-22 | 北京华捷艾米科技有限公司 | 视频换脸方法和装置 |
| CN110766783A (zh) * | 2019-09-16 | 2020-02-07 | 江汉大学 | 一种零件的三维建模方法 |
| CN112734662A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-30 | 北京航空航天大学 | 一种针对锥齿轮磨损的机器视觉检测方法及系统 |
| CN113155043A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-23 | 深圳市鹰眼在线电子科技有限公司 | 透明材质屏幕厚度测量系统、方法及装置 |
| CN113570723A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 中国人民解放军陆军军医大学 | 具有力学仿真功能的女性盆底结构有限元模型建立方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| P FEIL等: "A 3d reconstruction model of the female pelvic floor by using plastinated cross sections", 《AUSTIN JOURNAL OF ANATOMY》, 31 January 2014 (2014-01-31), pages 1 - 4 * |
| 刘萍;唐连;陈春林;陈兰;谭欢庆;苍鹏;林艳;李晓玲;廖科丹;彭程;黄璐;王月祉;: "盆腔器官脱垂盆腔器官及肛提肌动态三维模型构建方法研究", 中国实用妇科与产科杂志, no. 04, 2 April 2016 (2016-04-02), pages 57 - 62 * |
| 孙文娟;谢添武;贾向红;张丛源;邓万锟;刘谦;: "基于非均匀有理B样条的中国数字人女性可变3D模型的构建", 航天医学与医学工程, no. 03, 15 June 2012 (2012-06-15), pages 45 - 49 * |
| 邓怡;张晓蓉;姚激;: "远中移动上牙列三维有限元研究", 中国实用口腔科杂志, no. 08, 15 August 2015 (2015-08-15), pages 19 - 22 * |
| 马如宇, 铁瑛, 薛文东, 戴尅戎, 王成焘: "基于螺旋CT构建人体骨盆三维有限元模型", 医用生物力学, no. 03, 30 September 2004 (2004-09-30), pages 53 - 56 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114972623B (zh) | 2024-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110599528B (zh) | 一种基于神经网络的无监督三维医学图像配准方法及系统 | |
| CN107369160B (zh) | 一种oct图像中脉络膜新生血管分割算法 | |
| WO2023071531A1 (zh) | 一种基于深度形状学习的肝脏ct自动分割方法 | |
| CN109166133A (zh) | 基于关键点检测和深度学习的软组织器官图像分割方法 | |
| CN108898160A (zh) | 基于cnn和影像组学特征融合的乳腺癌组织病理学分级方法 | |
| CN107766874B (zh) | 一种超声容积生物学参数的测量方法及测量系统 | |
| CN111430025B (zh) | 一种基于医疗影像数据扩增的疾病诊断模型训练方法 | |
| CN108596894A (zh) | 一种用于多参数磁共振影像的前列腺自动分区方法 | |
| CN111784704B (zh) | Mri髋关节炎症分割与分类自动定量分级序贯方法 | |
| CN108257120B (zh) | 一种基于ct图像的三维肝脏包围盒的自动提取方法 | |
| CN111583385B (zh) | 一种可变形数字人解剖学模型的个性化变形方法及系统 | |
| CN114119872B (zh) | 基于人工智能大数据分析3d打印脊柱内植物的方法 | |
| CN111738997A (zh) | 一种基于深度学习的计算新冠肺炎病变区域占比的方法 | |
| CN115690072A (zh) | 基于多模态深度学习的胸片特征提取和疾病分类方法 | |
| CN111783792A (zh) | 一种提取b超图像显著纹理特征的方法及其应用 | |
| US10013797B1 (en) | Analysis-suitable geometry from discrete point sets using a mesh-free method | |
| CN112767407A (zh) | 一种基于级联门控3DUnet模型的CT图像肾脏肿瘤分割方法 | |
| CN115512110A (zh) | 一种涉及跨模态注意力机制的医学图像肿瘤分割方法 | |
| CN115830016A (zh) | 医学图像配准模型训练方法及设备 | |
| CN116468655A (zh) | 基于胎儿磁共振成像的脑发育图谱与影像处理系统 | |
| Williams et al. | Automatic extraction of hiatal dimensions in 3-D transperineal pelvic ultrasound recordings | |
| CN113487568B (zh) | 一种基于差分曲率的肝脏表面平滑度的测量方法 | |
| Lu et al. | The JNU-IFM dataset for segmenting pubic symphysis-fetal head | |
| CN114445328A (zh) | 基于改进Faster R-CNN的医学影像脑肿瘤检测方法与系统 | |
| CN114972623B (zh) | 一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |