一种血管数字模型的编辑方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种血管数字模型的编辑方法及系统，该编辑方法包括：获取血管数字模型的多个三角形面片；分析并获取各三角形面片的邻接面信息；接收用户在屏幕坐标中选择的第一点及第二点，并分别确定第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息；根据第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段；根据各血管圆环中三角形面片的中点确定各血管圆环的中心点；根据各血管圆环中三角形面片的顶点与各自的中心点的相对位置编辑目标血管段。通过本发明专利技术，可对现有的血管数字模型在任何位置添加血管病变情况，可以极大的丰富虚拟手术领域可采用的病例模型库。

Method and system for editing digital vascular model

The present invention provides a method and system for editing digital vascular model, including the editing method: multiple triangles obtain vascular digital model; analyze and obtain the triangle adjacency information; receiving a user selection in screen coordinates of the first and two respectively, and determine the index information of the first and two triangles first end, vascular digital model in the corresponding second endpoints and the determined according to the target vessel; multiple vascular ring composed of index information and adjacent surface information triangles where the first end, the second end; according to the midpoint for the vascular ring of triangles determine the center of the vascular ring according to the relative position of each vascular ring; in the triangle vertices and their center point editing target vessel. The present invention can add vascular lesion to any existing vascular digital model at any position, and can greatly enrich the case model library in the virtual surgery field.

【技术实现步骤摘要】
一种血管数字模型的编辑方法及系统
本专利技术是关于虚拟手术模型技术，具体地，是关于一种血管数字模型的编辑方法及系统。
技术介绍
虚拟手术是利用医学影像数据，使用虚拟现实技术在计算机中建立虚拟环境，使医生能够借助虚拟环境中的信息进行手术计划、训练，以及实际手术中引导手术。传统的手术过程存在风险高，病人痛苦大，术后效果不理想等缺点，手术效果受医生个人业务水平影响很大。采用增强现实技术可以使医务工作者沉浸于虚拟的场景内，通过视觉、听觉、触觉感知并学习各种手术实际操作，体验并学习如何应付临床手术中的实际情况。这样节约了培训医务人员的费用和时间，使非熟练人员进行手术的风险性大大降低，对提高医学教育与训练的效率和质量以及改善医学手术水平的发展不平衡的现状有着特殊的意义。利用虚拟现实技术模拟实际手术过程，帮助医务工作者进行手术技能培训的过程中，模拟所采用的病例模型的丰富程度非常重要。第一，从训练者的角度来讲，在丰富的病例模型上进行训练，可以帮助受训者适应在不同病理特征下的手术操作流程和技巧，为其日后在实际手术过程中遇到类似病例时做好充足的准备工作。第二，从医生的角度来讲，拥有对血管病变位置的自主控制权，可以预防性地对将来可能出现的罕见病例进行事前模拟，同时可以丰富对新手医生的训练资源。第三，从手术器械厂商角度来讲，可以对任何血管病变位置进行新的手术器械研发及试验，避免了在单一仿体模型试验的不足。目前的虚拟手术过程中所采用的血管数字模型来源主要有以下两种：1、三维重建此方法基于实际病例的CT/MRI/DSA等扫描图像，进而采用三维重建技术获得三维血管数字模型。然而通过该方法获得的血管模型往往是粗糙的，要经过人工干预的后期处理才能用在虚拟手术过程中。该方法获取病例模型的前提是拥有该病例的图像，并且掌握对三维重建获得的粗糙模型的后期处理方法。基于扫描影像、三维重建获取病例模型，必须首先获取该实际病例的扫描图像。而对于某些病理结构比较罕见的特殊病例，其病人数据往往是难以获取的。尤其在考虑到病人隐私的前提下，某些病人的病例数据通常是受保护且不予公开的。因此，这种丰富病变血管模型库的方法从数据来源方面就受到了极大的限制。此外，三维重建获得的血管数字模型往往需要投入大量的人力去进行手工的处理和调校才能达到虚拟手术的使用标准，这项工作的人力物力成本同样也很高昂，且周期较长。2、三维编辑软件。此方法建立在已经获取了经过三维重建和后期处理后的三维血管数字模型的基础之上。通过3DMax或者Maya等三维编辑软件，对三维血管数字模型进行编辑，进而获取不同类型的病变模型。该方法可以在健康血管数字模型上编辑获得病理特征种类丰富的病例模型。通过三维软件编辑健康血管模型来得到病变血管模型，要求操作人员熟练使用3DMax或Maya等三维编辑软件，这类型的软件需要使用者对血管三维模型的格式有一定了解，且操作方法复杂，上手较慢。
技术实现思路
本专利技术实施例的主要目的在于提供一种血管数字模型的编辑方法及系统，以提供一种操作步骤简单、容易上手的血管数字模型的编辑工艺。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供一种血管数字模型的编辑方法，所述的编辑方法包括：获取血管数字模型的多个三角形面片；分析并获取各所述三角形面片的邻接面信息；接收用户在屏幕坐标中选择的第一点及第二点，并分别确定所述第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息；根据所述第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段；根据各所述血管圆环中三角形面片的中点确定各所述血管圆环的中心点；根据各所述血管圆环中三角形面片的顶点与各自的中心点的相对位置编辑所述目标血管段。在一实施例中，上述的分析并获取各所述三角形面片的邻接面信息，包括：对于所述血管数字模型上的每个顶点Vi，获取所述血管数字模型上所有包含所述顶点Vi的三角形面片，并将其面索引信息存入与各所述顶点Vi对应的数组Ai中，其中，i为正整数；对所述血管数字模型上的每一个三角形面片Ti的每一个顶点Vj，在所述顶点Vj对应的数组Aj中获取包含所述三角形面片Ti的下一个顶点A(j+1)％3的三角形面片T′i的面索引信息；将所述三角形面片T′i的面索引信息存入与所述三角形面片Ti对应的数组Bi中，所述数组Bi为所述三角形面片Ti所邻接的三角形面片的索引信息，其中，j＝0，1，2。在一实施例中，上述的分别确定所述第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息，包括：将所述第一点及第二点在屏幕坐标系中的坐标转化至三维空间坐标中，生成第一点三维坐标及第二点三维坐标；确定所述第一点三维坐标及第二点三维坐标分别与虚拟基准坐标组成的第一射线及第二射线；将所述第一射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第一端点，将所述第二射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第二端点，并获取所述第一端点及第二端点所在的三角形面片的索引信息。在一实施例中，上述的将所述第一射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第一端点，将所述第二射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第二端点，包括：通过八叉树分割法对所述血管数字模型进行分割，将所述血管数字模型划分为多个子空间，各所述子空间中三角形面片的数量小于一阈值；所述第一射线与子空间中的三角形面片的交集为所述第一端点，所述第二射线与子空间中的三角形面片的交集为所述第二端点。在一实施例中，上述的根据所述第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段，包括：步骤a：第一端点A及第二端点B构成向量确定过所述第一端点A且垂直于所述向量的平面C，所述平面C与包含所述第一端点A的第一三角形面片相交；步骤b：将所述第一三角形面片的索引信息存入数组0中，并标记所述第一三角形面片；步骤c：获取所述第一三角形面片两侧的邻面中，与所述平面C相交且未被标记的第一邻面，将所述第一邻面的索引信息存入所述数组0中，并标记所述第一邻面；步骤d：获取所述第一邻面的邻面中，与所述平面C相交且未被标记的第二邻面，将所述第二邻面的索引信息存入所述数组0中，并标记所述第二邻面；步骤e：将所述第二邻面作为新的第一邻面，循环执行所述步骤d，直至两所述第二邻面重合；步骤f：将所述数组0中保存的三角形面片组成血管圆环A0；步骤g：将数组n中的三角形面片的邻面中沿所述向量扩展的邻面的索引信息存入数组n+1中，并将所述数组n+1中保存的三角形面片组成血管圆环An+1，n为非负整数，且n的初始值为0；步骤h：若数组n+1中包含所述第二端点B所在的三角形面片，则执行步骤i；若数组n+1中不包含所述第二端点B所在的三角形面片，则将n加1，并返回执行所述步骤g；步骤i：将所述数组0～数组n+1对应组成的血管圆环A0～血管圆环An+1组成所述目标血管段。在一实施例中，若第一端点A的坐标为(xa，ya，za)，第二端点B的坐标为(xb，yb，zb)，则所述平面C的方程表示为：(x-xa)nx+(y-ya)ny+(z-za)nz＝0，其中，(nx，ny，nz)是向量的方向向量：在一实施例中，上述的根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种血管数字模型的编辑方法，其特征在于，所述的编辑方法包括：获取血管数字模型的多个三角形面片；分析并获取各所述三角形面片的邻接面信息；接收用户在屏幕坐标中选择的第一点及第二点，并分别确定所述第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息；根据所述第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段；根据各所述血管圆环中三角形面片的中点确定各所述血管圆环的中心点；根据各所述血管圆环中三角形面片的顶点与各自的中心点的相对位置编辑所述目标血管段。

【技术特征摘要】
1.一种血管数字模型的编辑方法，其特征在于，所述的编辑方法包括：获取血管数字模型的多个三角形面片；分析并获取各所述三角形面片的邻接面信息；接收用户在屏幕坐标中选择的第一点及第二点，并分别确定所述第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息；根据所述第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段；根据各所述血管圆环中三角形面片的中点确定各所述血管圆环的中心点；根据各所述血管圆环中三角形面片的顶点与各自的中心点的相对位置编辑所述目标血管段。2.根据权利要求1所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，分析并获取各所述三角形面片的邻接面信息，包括：对于所述血管数字模型上的每个顶点Vi，获取所述血管数字模型上所有包含所述顶点Vi的三角形面片，并将其面索引信息存入与各所述顶点Vi对应的数组Ai中，其中，i为正整数；对所述血管数字模型上的每一个三角形面片Ti的每一个顶点Vj，在所述顶点Vj对应的数组Aj中获取包含所述三角形面片Ti的下一个顶点A(j+1)％3的三角形面片T′i的面索引信息；将所述三角形面片T′i的面索引信息存入与所述三角形面片Ti对应的数组Bi中，所述数组Bi为所述三角形面片Ti所邻接的三角形面片的索引信息，其中，j＝0，1，2。3.根据权利要求2所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，分别确定所述第一点及第二点对应的血管数字模型中的第一端点、第二端点及所在的三角形面片的索引信息，包括：将所述第一点及第二点在屏幕坐标系中的坐标转化至三维空间坐标中，生成第一点三维坐标及第二点三维坐标；确定所述第一点三维坐标及第二点三维坐标分别与虚拟基准坐标组成的第一射线及第二射线；将所述第一射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第一端点，将所述第二射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第二端点，并获取所述第一端点及第二端点所在的三角形面片的索引信息。4.根据权利要求3所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，将所述第一射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第一端点，将所述第二射线与所述血管数字模型中三角形面片的交集作为所述第二端点，包括：通过八叉树分割法对所述血管数字模型进行分割，将所述血管数字模型划分为多个子空间，各所述子空间中三角形面片的数量小于一阈值；所述第一射线与子空间中的三角形面片的交集为所述第一端点，所述第二射线与子空间中的三角形面片的交集为所述第二端点。5.根据权利要求3所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，根据所述第一端点、第二端点所在的三角形面片的索引信息及邻接面信息确定多个血管圆环组成的目标血管段，包括：步骤a：第一端点A及第二端点B构成向量确定过所述第一端点A且垂直于所述向量的平面C，所述平面C与包含所述第一端点A的第一三角形面片相交；步骤b：将所述第一三角形面片的索引信息存入数组0中，并标记所述第一三角形面片；步骤c：获取所述第一三角形面片两侧的邻面中，与所述平面C相交且未被标记的第一邻面，将所述第一邻面的索引信息存入所述数组0中，并标记所述第一邻面；步骤d：获取所述第一邻面的邻面中，与所述平面C相交且未被标记的第二邻面，将所述第二邻面的索引信息存入所述数组0中，并标记所述第二邻面；步骤e：将所述第二邻面作为新的第一邻面，循环执行所述步骤d，直至两所述第二邻面重合；步骤f：将所述数组0中保存的三角形面片组成血管圆环A0；步骤g：将数组n中的三角形面片的邻面中沿所述向量扩展的邻面的索引信息存入数组n+1中，并将所述数组n+1中保存的三角形面片组成血管圆环An+1，n为非负整数，且n的初始值为0；步骤h：若数组n+1中包含所述第二端点B所在的三角形面片，则执行步骤i；若数组n+1中不包含所述第二端点B所在的三角形面片，则将n加1，并返回执行所述步骤g；步骤i：将所述数组0～数组n+1对应组成的血管圆环A0～血管圆环An+1组成所述目标血管段。6.根据权利要求5所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，若第一端点A的坐标为(xa，ya，za)，第二端点B的坐标为(xb，yb，zb)，则所述平面C的方程表示为：(x-xa)nx+(y-ya)ny+(z-za)nz＝0，其中，(nx，ny，nz)是向量的方向向量：7.根据权利要求5所述的血管数字模型的编辑方法，其特征在于，根据各所述血管圆环中三角形面片的顶点与各自的中心点的相对位置编辑所述目标血管段，包括：根据各所述血管圆环上的顶点P及中心点Cn的位置确定由顶点P向中心点Cn的向量根据公式P＝P+tPCn，t∈(0，1)使点P沿着的方向移动t*l大小的距离，使所述血管圆环An向中心点Cn的方向移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩宇，吴剑煌，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44