表面网格切割和切口边界优化处理的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种表面网格切割方法，包括：获取初始表面网格与切割平面的相交三角面片集合；获取所述初始表面网格关于切割平面的边界点集；获取所述初始表面网格与所述切割平面的相交点集；使用所述边界点集中的点与所述相交点集中的点来形成四边形；以及处理所述四边形以获得表面网格。

【技术实现步骤摘要】
表面网格切割和切口边界优化处理的方法和系统
本专利技术主要涉及医学图像处理领域，尤其涉及医学图像的表面网格切割和切口边界优化处理的方法和系统。
技术介绍
医学影像数据集越来越庞大，要对整个影像数据集进行快速的三维可视化处理，是一个非常有挑战性的问题。在实际应用中，感兴趣的可能只是其中的一部分数据，可以选取其中一小部分作为绘制对象，以达到快速的三维可视化的目的。在医学图像处理中，可对表面网格所表示的影像数据进行平面切割以实现对医学影像数据的分析。进一步，虚拟手术仿真系统的建模能力越来越强大，能够模拟活体人体组织的物理特性和生理特性，并且可以对各种手术情况和场景进行仿真。由于在实际手术中需要对病变器官进行切割缝合等操作，因此虚拟手术中模型切割模拟是非常重要的一个组成部分。当前主要存在以下几种用于表面网格切割的技术：1.MortenBro-Nielsen提出的单元去除法(Bro-Nielsen,M.“Finiteelementmodelinginsurgerysimulation”ProceedingsoftheIEEE86.3(1998):490-503)，该方法将与切割面发生相交的单元直接去除，此方法实现简单，但是切割效果比较粗糙。2.AndrewB.Mor提出了一种累进切割的方法(Mor,AndrewB.“ProgressiveCuttingwithMinimalNewElementCreationofSoftTissueModelsforInteractiveSurgicalSimulation”,CarnegieMellonUniversity,2001)，该方法将切割面完全掠过某个单元之前先将该单元进行临时分裂，再对这些临时单元进行剖分，此方法虽然效果细腻程度有所加强，但是算法复杂度增加。3.Yi-JeLim等人对累进切割方法进行了改进，在切割进行过程中根据设定的阈值将离切割轨迹较近的顶点移动到切割轨迹的顶点上，这样使得切割单元的边界将全部移动到切割面上。(参见Lim,Yi-Je,HuJohn,ChangChu-Yin,etal..SoftTissueDeformationandCuttingSimulationfortheMultimodalSurgeryTraining.Proceedingsofthe19thIEEESymposiumonComputer-BasedMedicalSystems,SaltLakeCity,2006:635-640；ZhangH,PayandehS,Dill.J.SimulationofProgressiveCuttingonSurfaceMeshModel[J].Draft6-08,Sep02,2002；AndrewBMor,TakeoKanade.ModifyingSoftTissueModels:ProgressiveCuttingwithMinimalNewElementCreation[J].MedicalImageComputingandComputer-AssistedIntervention,2000,1935:598-607)4.王洪瑞等人提出了一种算法(王洪瑞等，“虚拟手术中表面网格切割优化算法的研究”，燕山大学学报6(2013):528-534)，该算法在交点复制顶点平移法的基础上通过移动切割轨迹与三角面片的交点对算法进行优化，并按照最大化最小角的原则重新构造三角面片以达到提高剖分质量的目的，然后利用贝塞尔曲线构造切口凹槽的思想，采用复用二次贝塞尔曲线对切口凹槽进行细化，改善切割效果。针对现有技术中的以上问题，期望对现有的医学图像网格化处理作出改进。
技术实现思路
针对以上技术问题，本文提出一种表面网格切割及其优化处理切口边界的方法，该方法能有效地处理表面网格切口边界，避免产生内角尖锐的三角形，从而提高表面网格的质量，为后续的基于面网格生成体网格降低失败的风险。本专利技术提供了一种表面网格切割方法，包括：获取初始表面网格与切割平面的相交三角面片集合；获取所述初始表面网格关于所述切割平面的边界点集；获取所述初始表面网格与所述切割平面的相交点集；使用所述边界点集中的点与所述相交点集中的点来形成四边形；以及处理所述四边形以获得表面网格。可任选地，所述边界点集包括所述三角面片集合中与所述切割平面相交的三角面片的顶点中不属于所述切割平面上的点集合。可任选地，所述获取边界点集包括：基于网格控制参数获取所述点集合中在所述切割平面上或所述切割平面下的点来形成所述边界点集。可任选地，所述获取边界点集包括：消除所述边界点集中的迂回点。可任选地，所述消除所述边界点集中的迂回点包括：确定指向边界点的向量与切割平面法向为锐角还是钝角；计算包括所述边界点的两个向量的内积；以及根据向量与切割平面法向为锐角还是钝角以及所述内积来确定所述边界点是否为迂回点。可任选地，所述获取相交点集包括：获取所述三角面片集合与所述切割平面的多个相交点；以及对所述多个相交点进行插值处理以获得所述相交点集。可任选地，所述获得表面网格包括：将所述四边形拆分成三角形；以及对所述拆分的三角形进行Delaunayremesh处理以获得表面网格。可任选地，所述将所述四边形拆分成三角形包括：根据最大化最小角原则来将所述四边形拆分成三角形。可任选地，该方法进一步包括：将所述表面网格投影到所述切割平面上以形成新的切口平面。本专利技术的又一方面提供了一种表面网格切割装置，包括：输入模块，用于获取初始表面网格与切割平面的相交三角面片集合；边界点集处理模块，用于获取所述初始表面网格关于所述切割平面的边界点集；相交点集处理模块，用于获取所述初始表面网格与所述切割平面的相交点集；新网格生成模块，用于使用所述边界点集中的点与所述相交点集中的点来形成四边形；以及处理所述四边形以获得表面网格。可任选地，所述边界点集包括所述三角面片集合中与所述切割平面相交的三角面片的顶点中不属于所述切割平面上的点集合。可任选地，所述边界点集处理模块被进一步配置成：基于网格控制参数获取所述点集合中在所述切割平面上或所述切割平面下的点来形成所述边界点集。可任选地，所述边界点集处理模块被进一步配置成：消除所述边界点集中的迂回点。可任选地，所述边界点集处理模块被进一步配置成：确定指向边界点的向量与切割平面法向为锐角还是钝角；计算包括所述边界点的两个向量的内积；以及根据向量与切割平面法向为锐角还是钝角以及所述内积来确定所述边界点是否为迂回点。可任选地，所述相交点集处理模块被进一步配置成：获取所述三角面片集合与所述切割平面的多个相交点；以及对所述多个相交点进行插值处理以获得所述相交点集。可任选地，所述新网格生成模块被进一步配置成：将所述四边形拆分成三角形；以及对所述拆分的三角形进行Delaunayremesh处理以获得表面网格。可任选地，所述新网格生成模块被进一步配置成：根据最大化最小角原则来将所述四边形拆分成三角形。可任选地，该装置进一步包括切口平面生成模块，其被配置成：将所述表面网格投影到所述切割平面上以形成新的切口平面。本专利技术的进一步方面提供了一种表面网格切割系统，所述系统包括：至少一个处理器；以及存储器，用于存储指令，所述指令被所述至少一个处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面网格切割方法，包括：获取初始表面网格与切割平面的相交三角面片集合；获取所述初始表面网格关于所述切割平面的边界点集；获取所述初始表面网格与所述切割平面的相交点集；使用所述边界点集中的点与所述相交点集中的点来形成四边形；以及处理所述四边形以获得表面网格。

【技术特征摘要】
1.一种表面网格切割方法，包括：获取初始表面网格与切割平面的相交三角面片集合；获取所述初始表面网格关于所述切割平面的边界点集；获取所述初始表面网格与所述切割平面的相交点集；使用所述边界点集中的点与所述相交点集中的点来形成四边形；以及处理所述四边形以获得表面网格。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边界点集包括所述三角面片集合中与所述切割平面相交的三角面片的顶点中不属于所述切割平面上的点集合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取边界点集包括：基于网格控制参数获取所述点集合中在所述切割平面上或所述切割平面下的点来形成所述边界点集。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取边界点集包括：消除所述边界点集中的迂回点。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述消除所述边界点集中的迂回点包括：确定指向边界点的向量与切割平面法向为锐角还是钝角；计算包括所述边界点的两个向量的内积；以及根据向量与切割平面法向为锐角还是钝角以及所述内积来确定所述边界点是否为迂回点。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取相交点集包括：获取所述三角面片集合与所述切割平面的多个相交点；以及对所述多个相交点进行插值处理以获得所述相交点集。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得表面网格包括：将所述四边形拆分成三角形；以及对所述拆分的三角形进行Delaunayremesh处理以获得表面网格。8...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪建，马杰延，任远，
申请(专利权)人：上海联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31