骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法技术方案

本发明专利技术涉及一种三维图像重建系统，具体的说是一种能够完成二维医疗图像的三维重建、手术区域透明度差异显示、手术区域测量以及手术区域生理组织分离演示的骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，其特征在于，所述骨科手术医疗图像三维重建系统设有手术图像三维重建单元、三维图像快速预览处理单元、手术区域差异化显示单元、手术区域标记测量单元以及手术区域分离演示单元，其中所述手术图像三维重建单元中设有面绘制三维图像获取模块或体绘制三维图像获取模块；所述三维图像快速预览处理单元设有降采样处理模块；所述手术区域差异化显示单元设有不透明度调整模块、绘制颜色调整模块、预设值调整模块；所述手术区域标记测量单元设有两点间最短路径计算模块；所述手术区域分离演示单元设有区域分割处理模块。术区域分离演示单元设有区域分割处理模块。

【技术实现步骤摘要】
骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法

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[0001]本专利技术涉及一种三维图像重建系统，具体的说是一种能够完成二维医疗图像的三维重建、手术区域透明度差异显示、手术区域测量以及手术区域生理组织分离演示的骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法。

技术介绍
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[0002]现有手术医疗图像多为CT图像，均为二维图像数据，需要进一步处理后获取三维图像数据，在手术准备前，重建后的手术区域三维图像数据显然能够为医护人员提供更多帮助。现阶段将几十张术前CT影像切片数据三维重建后，所获的三维数据在缩放、平移、旋转等交互过程中存在响应慢的问题，用户体验很差，且无法实现手术区域测量、手术区域差异化显示以及生理组织分离展示等功能，不能满足医护人员工作研究需求。

技术实现思路
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[0003]本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够完成二维医疗图像的三维重建、手术区域差异化显示、手术区域测量以及手术区域生理组织分离演示的骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法。
[0004]本专利技术通过以下措施达到：
[0005]一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，其特征在于，所述骨科手术医疗图像三维重建系统设有手术图像三维重建单元、三维图像快速预览处理单元、手术区域差异化显示单元、手术区域标记测量单元以及手术区域分离演示单元，其中所述手术图像三维重建单元中设有面绘制三维图像获取模块或体绘制三维图像获取模块；所述三维图像快速预览处理单元设有降采样处理模块；所述手术区域差异化显示单元设有不透明度调整模块、绘制颜色调整模块、预设值调整模块；所述手术区域标记测量单元设有两点间最短路径计算模块；所述手术区域分离演示单元设有区域分割处理模块。
[0006]本专利技术所述三维图像快速预览处理单元设有降采样处理模块用于在三维图像上分别沿X、Y、Z的方向，按间隔选取采样点，并增大像素点间距，以保持立体图像大小不变，输出较模糊的立体图像后，若停止鼠标操作(鼠标操作包括平移、旋转、缩放操作)，恢复原图像显示，以保证交互响应速度和图像显示清晰度。
[0007]本专利技术所述面绘制三维图像获取模块采用移动立体法实现，首先读取数据，提取等值面，找出等值面经过的体元位置，求出该体元内的等值面并计算相关参数，完成数据映射后，实例化角色，完成绘制；所述体绘制三维图像获取模块采用光线透射法实现。
[0008]本专利技术所述手术区域差异化显示单元中预设值调整模块是指手术区域中骨骼、皮肤、软组织任意两者间的颜色和透明度差异显示，通过以下方式实现：获取待调整像素点数据的三维空间数据场F(i，j，k)，进行数据预处理，获得颜色值C(i，j，k)以及不透明度值a(i，j，k)，对该点颜色值C(i，j，k)、不透明度值a(i，j，k)进行调整后，合成新的像素点。
[0009]本专利技术所述手术区域标记测量单元中的两点间最短路径计算模块采用Dijkstra
算法实现。
[0010]本专利技术所述手术区域分离演示单元设有区域分割处理模块通过对照阈值分割和区域增长算法处理后生成的新图层和MPR三个切面上的底图，在新生成的图层上手动填充擦除实现，具体包括：
[0011]步骤1：显示MPRA\MPRB\MPRC\VR\SR数据信息；
[0012]步骤2：进行阈值处理二值化；
[0013]步骤3：选取种子点，采用区域增长法分割处理形成新图层；
[0014]步骤4：检查新生成的图层自动分割是否理想，若理想，则将新生成的图层转为3D对象，并存成STL文件，否则执行下一步；
[0015]步骤5：对照MPR三切面底图对新生成的涂层进行手动擦除或填充；
[0016]步骤6：检查手动擦除或填充是否理想，若理想，则将所获图层转为3D对象，并存成STL文件，否则重复执行步骤5。
[0017]本专利技术与现有技术相比，能够实现手术区域图像精确可靠的三维重建，快速响应对三维图像的缩放、平移、旋转处理，且能够针对手术区域进行差异化显示、多重测量标记以及手术部位切割分离演示。
附图说明：
[0018]附图1是本专利技术中面绘制的流程图。
[0019]附图2是本专利技术中体绘制面绘制数据流示意图。
[0020]附图3是本专利技术中自由改变体绘制不透明度和颜色的一种实施方式示意图。
[0021]附图4是本专利技术中手术区域切割分离显示的流程示意图。
具体实施方式：
[0022]下面结合附图和实施例，对本专利技术做进一步的说明。
[0023]实施例1：
[0024]本例提供了一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，医疗图像三维重建，主要有面绘制和体绘制两种方法，其中面绘制是采用分割技术对一系列的二维图像进行轮廓识别、提取等操作，最终还原出被检测物体的三维模型，并以表面的方式显示出来。主要分为两大类：体素级重建和切片级重建。由于切片级重建效果不理想，现在主要使用的是体素级重建，例如移动立方体法(Marching Cubes)。移动立方体法(Marching Cubes)算法简介：首先，假定原始数据是离散的三维空间规则数据场(断层扫描仪CT及核磁共振仪MRI产生的图像均属于这一类型)；其次，给出所求等值面的值(为了在这一数据场中构造等值面)；最后，找出等值面经过的体元位置，求出该体元内的等值面并计算出相关参数(以便由常用的图形软件包或图形硬件提供的面绘制功能绘制等值面)；面绘制数据流如图1所示。
[0025]体绘制直接从三维数据场产生屏幕上的二维图像，成像真实，能够观察物体内部结构，缺点数据存储量大，计算时间长，主要方法为光线投射法(Ray
‑
Casting)算法，除了光线投射法外，还有二维纹理映射和基于VolumePro硬件辅助的体绘制。二维纹理映射绘制速度比光线投射法快上5～10倍，但是成像质量远不及采用三线性插值的光线投射法精确，当
视角改变时还会产生伪迹。VolumePro硬件辅助的体绘制方法体绘制速度最快，但是成像质量不及光线投射法，目前只支持平行投影且价格昂贵。因而本例采用光线投射法来进行体绘制。
[0026]光线投射法是一种基于图像空间扫描的，生成高质量图像的典型的体绘制算法，基本思想是从图像平面的每个像素都沿着视线方向发出一条射线，此射线穿过体数据集，按一定步长进行采样，由内插计算每个采样点的颜色值和不透明度，然后由前向后或由后向前逐点计算累计的颜色值和不透明度值，直至光线完全被吸收或穿过物体。该方法能很好地反映物质边界的变化，利用镜面反射、漫反射和环境反射的光照效果，可以将医学上各组织器官的性质属性、形状特征及相互之间的层次关系很好地展现出来；体绘制面绘制数据流如图2所示。
[0027]由于目前对于几十张的术前CT切片，三维重建成体绘制图或面绘制图后，如果对其进行放大，缩小，平移和旋转操作的话，图像交互响应瞬间完成，用户体验很好。但是对于上千张的术前CT切片，三维重建成体绘制图或面绘制图后，如果对其进行放大，缩小，平移和旋转操作的话，图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，其特征在于，所述骨科手术医疗图像三维重建系统设有手术图像三维重建单元、三维图像快速预览处理单元、手术区域差异化显示单元、手术区域标记测量单元以及手术区域分离演示单元，其中所述手术图像三维重建单元中设有面绘制三维图像获取模块或体绘制三维图像获取模块；所述三维图像快速预览处理单元设有降采样处理模块；所述手术区域差异化显示单元设有不透明度调整模块、绘制颜色调整模块、预设值调整模块；所述手术区域标记测量单元设有两点间最短路径计算模块；所述手术区域分离演示单元设有区域分割处理模块。2.根据权利要求1所述的一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，其特征在于，所述三维图像快速预览处理单元设有降采样处理模块用于在三维图像上分别沿X、Y、Z的方向，按间隔选取采样点，并增大像素点间距，以保持立体图像大小不变，输出较模糊的立体图像后，若停止鼠标操作，恢复原图像显示，以保证交互响应速度和图像显示清晰度。3.根据权利要求1所述的一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实现方法，其特征在于，所述面绘制三维图像获取模块采用移动立体法实现，首先读取数据，提取等值面，找出等值面经过的体元位置，求出该体元内的等值面并计算相关参数，完成数据映射后，实例化角色，完成绘制；所述体绘制三维图像获取模块采用光线透射法实现。4.根据权利要求1所述的一种骨科手术医疗图像三维重建系统的实...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳强，康伟伟，刘畅，孙之建，
申请(专利权)人：威海威高骨科手术机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：