三维模型的二维切平面的重建方法、移动终端及电子设备技术

本发明专利技术公开了一种三维模型的二维切平面的重建方法、移动终端及电子设备，该方法应用于移动终端包括：基于获取的二维平面断层图像构建三维模型；在三维模型上建立空间坐标系；利用VTK库构建切平面，切平面具有预设的大小、以及切平面与三维模型具有预设的相对位置；切平面与所述三维模型的交集形成三维模型切面；将三维模型切面发送到所述GPU处理器，GPU处理器用于将三维模型切面的像素点纹理映射到二维平面上，得到重建的二维平面图像。本发明专利技术实施例提供的三维模型重建方法，能够根据移动终端获取的平面二维平面断层图像构建出三维模型，该三维模型中能够体现人体器官的立体图像,便于观察病变的位置、形状和大小。

Reconstruction method of 2D tangent plane of 3D model, mobile terminal and electronic equipment

The invention discloses a two-dimensional tangent plane reconstruction method, a mobile terminal and an electronic device of a three-dimensional model. The method applied to the mobile terminal includes: building a three-dimensional model based on the acquired two-dimensional plane fault image; building a spatial coordinate system on the three-dimensional model; building a tangent plane by using the VTK library, the tangent plane has a preset size, and the tangent plane and the three-dimensional model have a preset size The intersection of the tangent plane and the 3D model forms the 3D model section; the 3D model section is sent to the GPU processor, which is used to map the pixel texture of the 3D model section to the 2D plane to obtain the reconstructed 2D plane image. The three-dimensional model reconstruction method provided by the embodiment of the invention can build a three-dimensional model according to the plane two-dimensional plane fault image obtained by the mobile terminal, and the three-dimensional model can reflect the three-dimensional image of the human organ, so as to facilitate the observation of the location, shape and size of the lesion.

【技术实现步骤摘要】
三维模型的二维切平面的重建方法、移动终端及电子设备
本专利技术涉及医学领域，尤其是涉及一种三维模型的二维切平面的重建方法、移动终端及电子设备。
技术介绍
医学影像的发展首先得益于19世纪末X射线的发现，随后医学成像领域的研究成为众多科学工作者研究的焦点，新的研究成果及专利技术接踵而至。近年来，新的医疗成像技术不断改良升级，CT、CR、DR、MRI、US、PET、SPECT等多种成像技术被逐渐开发并在医学疾病诊断中获得广泛应用，大大提升了疾病的正确诊断率，也奠定了医学影像学在医学诊断中的不可替代的作用和地位。国外在医学图像的三维重建领域的研究开始于二十世纪七十年代。这些发达国家在这个领域的研究起步较早且比较深入，在医学图像的三维重建领域已经取得了相当显著的科研成果。他们投入了非常多的人力与物力来进行医学影像三维重建方面的研究，并具有许多优势资源。主要体现在医学图像软件平台系统与虚拟人两个方面。目前，国际上较为流行的医学图像处理系统比较多。例如，VolVis系统、3DSlicer系统，以及性能十分优越的商业可视化系统VolulnePro与Vitrea2等等。此外，国际上在三维可视化领域还涌现了一些优秀的开发工具包：VTK(visualizationToolkit)开源可视化工具包、ITK(InsightSegmentationandRegistrationToolkit)医学图像处理工具包。还有美国在1989年开始启动的人体可视化计划项目。研究人员采用了MRI和CT来做人体的扫描，并利用计算机的重构技术来建造虚拟人体以获取数据集，从而将虚拟现实引进了医学领域的应用范畴。上个世纪的九十年代左右，国内才开始展开了三维重建技术在医学邻域的应用与研究，相对国外来说起步比较晚。随着国内越来越多的科研学者对医学图像三维重建技术的研究与探讨，就目前来说，我们也取得了一定的研究成果。比如，在田捷带领下的科研小组研发的医学图像处理与分析的开发工具MITK(MedicalImagingToolkit)以及中科院推出的3DMed可视化系统被认为是我国医学可视化软件层面首个系统化的软件，能够实现图像信息的管控、存储与调阅、三维重建，以及简单的模型分析与交互等一系列操作。随后东软(Neusoft)集团发布了其自行研究的PACS/RIS平台系统，该平台覆盖从分诊叫号到开方取药几乎整个医疗周期的信息传输与管理，其中最为核心的方面便是医学影像信息的管理，虽然该平台无法直接进行三维可视化处理，但其提供了包括三维重建软件在内的多种后处理软件的接口，为国产医学可视化软件的发展起到了一定的推动作用。浙江大学自主研发的MedVis医学图像三维可视化系统，其重要特点在于具有良好的交互性和绘制的实时性,绘制速度快，但是在高性能图形计算机上进行实现，对硬件要求较高。国内也在2001年时首次提出了数字化虚拟人项目，两年之后，国内的第一个女性虚拟人数据集成功的构成。该人体切片数据的采集同样是在特定医疗设备下完成的，数据集中都是具有高精度的数据，后续使用该数据集的设备应具有较大的图形计算能力。随着科技的发展，很多医疗设备公司先后制作出很多优秀的医疗图像三维重建软件，如Simpleware3D图像处理与有限元分析软件、Materialise公司的Mimics医学影像控制系统、3Ddoctor等。以及很多学者也在尝试开发自己设计的医疗图像三维重建系统。但是，现有技术存在如下的缺陷：1、现有的三维立体图像系统只是针对目标物的外观进行立体重现，缺乏对目标物内在解剖结构的立体重建，不适用于医学诊疗需要。2、成本高。现有的众多医学影像三维重建系统在要求重建精度的时，除了重建算法的准确性和合理性，必然使用较高性能的硬件设备。如Mimics、3DMed等医学影像控制系统都是由公司设计开发并运维，该设备的费用显然不是每个个体所能承担的。3、缺少普适性。大部分的三维重建系统都开发并适用于电脑端，需要电子材料的支撑才能重建出某一部位的三维模型。首先，很少有人随身携带计算机。其次，现有医院通常仅提供患者图片材料。患者无法拿到电子材料，也将无法使用该系统，这使得患者的需求不能及时满足。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是提供一种三维模型的二维切面的重建方法、移动终端及电子设备，该三维模型的重建方法应用于移动终端上，能够对含有目标物的三维模型重建，进而获得含有目标物内在解剖结构的二维平面图像，便于医生诊治。(二)技术方案为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种三维模型的重建方法，应用于移动终端，包括：基于获取的二维平面断层图像构建三维模型；在所述三维模型上建立空间坐标系；利用VTK库构建切平面，所述切平面具有预设的大小、以及所述切平面与所述三维模型具有预设的相对位置；所述切平面与所述三维模型的交集形成所述三维模型切面；将所述三维模型切面发送到所述GPU处理器，所述GPU处理器用于将所述三维模型切面的像素点纹理映射到二维平面上，得到重建的二维平面图像。进一步地，还包括：采用边缘检测的方法检测所述二维平面图像中的轮廓线，所述轮廓线围成的区域为轮廓区域；对所述轮廓区域栅格化；根据所述轮廓区域内网格的个数及网格的面积计算得到轮廓区域的面积。进一步地，在对轮廓区域栅格化之前，还包括：通过图像形态学算法，优化所述轮廓线，以增强所述轮廓线。进一步地，基于获取的二维平面断层图像构建三维模型步骤包括：获取二维平面断层图像序列；提取相邻两张所述二维平面断层图像，形成一层，基于相邻两张所述二维平面断层图像上相对应的四个像素点，构建一个体素，进而将该层划分成多个体素，所述体素具有层号和在该层的位置坐标；将相邻二维平面断层图像的全部所述体素发送至GPU处理器，所述GPU处理器用于在所述体素为边界体素的情况下，计算所述边界体素的棱边与预设等值面的交点；基于预设渲染信息，对交点进行着色；接收GPU处理器发送的全部边界体素的所述交点，将所述交点之间连线构建多边形面片；基于全部体素得到多个多边形面片；将多边形面片组合得到三维模型。进一步地，所述GPU处理器判定体素为边界体素的步骤包括：将所述体素的8个顶点的密度值与所述预设等值面的阈值分别进行比较，得到所述体素的状态索引值；在预设查找表中查找与所述索引值对应的体素的状态，得到所述体素与预设等值面的相交方式；确定所述体素是否为边界体素，并确定所述交点位于所述边界体素的哪一条棱边上和交点之间的连接方式。进一步地，所述GPU处理器还用于对所述所述边界体素的棱边与预设等值面的交点进行渲染：基于预设的渲染信息，利用反射率方程，计算出所述边界体素的棱边与预设等值面的交点的辐射率；所述GPU处理器还用于将所述辐射率转化成RGB分量，并基于所述RGB分量，对每个交点着色，得到渲染后的交点；接收所述GPU处理器发送的全部渲染后的所述交点，将同一边界体素中的交点连线，构建与该边界体素对应的渲染后的多边形面片；基于全部相邻的二维平面断层图像得到多个渲染后的多边形面片；将渲染后的多边形面片组合得到渲染本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维模型的二维切平面的重建方法，其特征在于，应用于移动终端，包括：/n基于获取的二维平面断层图像序列构建三维模型；/n在所述三维模型上建立空间坐标系；/n利用VTK库构建切平面，所述切平面具有预设的大小、以及所述切平面与所述三维模型具有预设的相对位置；/n所述切平面与所述三维模型的交集形成所述三维模型切面；/n将所述三维模型切面发送到所述GPU处理器，所述GPU处理器用于将所述三维模型切面的像素点纹理映射到二维平面上，得到重建的二维平面图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维模型的二维切平面的重建方法，其特征在于，应用于移动终端，包括：
基于获取的二维平面断层图像序列构建三维模型；
在所述三维模型上建立空间坐标系；
利用VTK库构建切平面，所述切平面具有预设的大小、以及所述切平面与所述三维模型具有预设的相对位置；
所述切平面与所述三维模型的交集形成所述三维模型切面；
将所述三维模型切面发送到所述GPU处理器，所述GPU处理器用于将所述三维模型切面的像素点纹理映射到二维平面上，得到重建的二维平面图像。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
采用边缘检测的方法检测所述二维平面图像中的轮廓线，所述轮廓线围成的区域为轮廓区域；
对所述轮廓区域栅格化；
根据所述轮廓区域内网格的个数及网格的面积计算得到轮廓区域的面积。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于获取的二维平面断层图像序列构建三维模型步骤包括：
获取二维平面断层图像序列；
提取相邻两张二维平面断层图像，形成一层；
基于相邻两张所述二维平面断层图像上相对应的四个像素点，构建一个体素，进而将该层划分成多个体素，所述体素具有层号和在该层的位置坐标；
将相邻二维平面断层图像的全部所述体素发送至GPU处理器，所述GPU处理器用于在所述体素为边界体素的情况下，计算所述边界体素的棱边与预设等值面的交点；
基于预设渲染信息，对交点进行着色；
接收GPU处理器发送的全部边界体素的所述交点，将所述交点之间连线构建多边形面片；
基于全部相邻的二维平面断层图像得到多个多边形面片；
将多边形面片组合得到三维模型。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述GPU处理器判定体素为边界体素的步骤包括：
将所述体素的8个顶点的密度值与所述预设等值面的阈值分别进行比较，得到所述体素的状态索引值；
在预设查找表中查找与所述索引值对应的体素的状态，得到所述体素的状态包括：所述体素是否为边界体素，所述边界体素与预设等值面的交点位于所述边界体素的哪一条棱边上以及交点之间的连接方式。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述GPU处理器通过线性插值方法计算得到所述边界体素的棱边与预设等值面的交点坐标。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佰运，于学军，朱青，王瑾，孙龙华，
申请(专利权)人：首都医科大学附属北京天坛医院，
类型：发明
国别省市：北京;11