一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法技术方案

本发明专利技术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。域。域。

【技术实现步骤摘要】
一种女性盆底支持系统的高效精确三维重构建模方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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Geomagic Wrap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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]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
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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。
[0007]本专利技术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：
[0008]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；
[0009]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，
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]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。
[0015]具体地，本专利技术的方法适用于不同类型的女性盆底支持本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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
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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...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛翔露，姚廷强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：