非平行轮廓医学影像的点云式三维表面重建方法技术

一种非平行轮廓医学影像的点云式三维表面重建方法，主要包括影像采集、影像分割、获取二维轮廓点云数据、点云表面重建和三维绘制；首先将一系列非平行轮廓医学影像转换为基于轮廓的点云数据集，并利用点云表面重建算法计算其三角面片，然后依据一定的规则选定一种子三角形，再让一给定半径的空间枢球绕此三角形的一条边旋转，直至其碰到另一个点，从而形成一个新的三角形面片，此过程循环往复，直至所有点云数据被遍历，得到所有的表面重建三角形面片为止。本发明专利技术方法提高三维表面重建质量，节省三维重建时间，减少三维重建时对系统资源的占用，进而整体提高非平行轮廓三维表面重建方法的效率，拓宽其在医学影像领域的应用范围。

Point cloud 3D surface reconstruction method for non parallel contour medical images

A non parallel contour point cloud based 3D medical image surface reconstruction method, including image acquisition, image segmentation, obtain 2D contour point cloud data, the point cloud surface reconstruction and 3D rendering; firstly, a series of non contour parallel medical image converted to contour based on cloud data sets, and calculate the triangle by point cloud surface reconstruction algorithm, and then select a seed triangle according to certain rules, let the ball pivot space of a given radius around the triangle one side of the rotation, until it met another point, thus forming a new three angle shaped patch, the process repeats, until all point cloud data is traversed and get all of the surface reconstruction of triangles so far. The method of the invention is to improve the quality of 3D surface reconstruction of 3D reconstruction, save time, reduce the use of system resources and three-dimensional reconstruction, and then improve the efficiency of the non parallel contour method of 3D surface reconstruction, broaden the scope of its application in the field of medical imaging.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形学技术，特别涉及一种利用轮廓点云数据集对非平行 轮廓医学影傳Ji行三维表面重建的方法。
技术介绍
自从X射线专利技术以来，CT(计算机断层成像)、MRI(核磁共振成像)、CR (计算机X射线成像)、B超、电子内窺镜等现代医学影像设备先后出现，使传 统的医学诊断方式发生了革命性的变化。随着现代计算机科学技术的H医学 影像处理作为一门新兴的交叉学科也随之出现，给医学诊断带来了新的曙光。但 是传统的看片方式都是二维的，需要经过专门训练的放射科医学来看片并做出判 断，随着计算机可视化技术的t艮，医学影像的三维可视化也变得可能。医生通 过计算机的辅助，可以看到人体器官的逼真的三维图像，从而可以提高诊断的正确率。医学影像三维可视化的关键技术是从一系列二维影像重建出三维模型。目前 常见的有基于体素的(Voxel-based )的重建方法和基于三角面片的(Triangle-based) 的表面重建方法。体素重建方法是最早应用于医学影像领域的，它用体素作为M4^的单元。 所谓体素，就是以原始数据集的每个网格点为中心的一个立方体， 一个感兴趣的器官的表面可以用 一套体素来表达，在绘制的时候将可见的体素表面绘制出来。 由于这种方法直##原始的网格点和待抽取的表面联系起来，并且体素的表达方 法简单有效，因此受到了很多研究者的重视。但M于体素的方法必须^J ]纯软 件实现，这使得它不能用来实时处理超大M^^t据集。表面重建方法是从传统的图形学领域引进医学影像领域的，随着MC (Marching Cubes移动立方体)算法的巨大成功，它在医学影像领域得到了 * 越广泛的应用。但是，原始的MC算法存在三大严重问题拓朴不一致、计算效 率低以及输出的三角片太多，4艮大程度地限制了它在实际中的应用，并且它也不 适应于超;U!^Iit据集的实时可视化。常规的医学影像分为平行的二维断层数据与不平行的二维断云数据。CT、 MRI等得到的图像是平行的二维断层数据，其重建算法已日臻成熟，应用也比较 广泛。利用普通B超进行自由扫描所得到的影像是不平行的二维断层数据。非平行医学影像的三维重建，目前尚无特别成熟的重建算法，一^A借用基于平行影像的一些算法，如Marching Cubes算法，但重皿量和时间铜醇令人满意。因此， 建立非平^^fl^廓的三维重建方法是势在必行的。
技术实现思路
根据
技术介绍
所述，本专利技术的目的在于避免上述不足，利用点云数据处理技 术，提供一种可提高非平行轮廓医学影^^维表面重建质量，节省三维重建时间， 减少三维重建时对系统资源的占用，进而旨提高非平行轮廓三维表面重建方法 的效率，拓宽其在医学影像领域的应用范围的全新的非平行轮廓医学影像的三维 表面重建方法。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术解决方案来实现的 一种，包括下列步骤1、 影像采集利用多种习用手,錄集具有任意角度或彼此交叉的非平行医学 影4象序列，并确定每一帧影^f象在空间的位置和姿态；2、 影像分割:使用阈值分割或者区域增长等分割方法从医学影像的二维切片 中将感兴趣区域(ROI)分割出来；3、 获耳JL^维轮廓点云数据纟綠一帧二维影像采用轮廓^J宗方法将影像的轮 廓提取出来，作为二维轮廓数集，并把二维轮廓数集变换到三维坐标系中，形成 三维4企廓点云i^居；4、 点云表面重建首先，选取种子三角形，其三条边组成最初的边集，然后 选取一合适大小的枢球，边集的每一条边即是;fe^U走转的枢纽，使其绕边集中的 每一条边旋转，用以寻找新的三角形；然后，让一合适大小的枢球每次绕边集中 的一条边旋转，当jtbf区^U並到新的点时，此新点与作为枢轴的边的两个端点组成 一个新的三角形，此过程循环往复，遍历得到所有的有效三角形，即三维重建所 要求的三角形面片网格；最后，进行边集扩充与合并，每一次冲E^U走转，有可能 碰到新的点，也有可負^5並不到新的点，新的点有可能已在三角形网格中，也有可 能不在三角形网格中，重建算法根据不同的情^ft边集进行扩充与合并；5、 三维绘制采用面绘制的方法交互显示点云重建算法所得到的三角形面 片网格。其中，获^维轮廓点云数据步骤，利用轮廓^J睹方法，将每一帧二维医学 影^#换为轮廓点云数据，这样才可以利用点云数据处理技术进行重建。其中，点云表面重建步骤，把医学影像数据转换成点云数据，并利用点云数 据处理技术来进行三维重建。其中，种子三角形选取步骤，选取一合适的种子三角形作为初始边集，边集 的每一条边即是才MU走转的枢轴；才E^5走转步骤，选取大小合适的枢球，并利用其^走转^^作来寻找新的三角形面片。另外，为了简化种子三角形选取步#才^^^转步骤，采用效率较高的空间 邻域搜索算法。由于采用了上述技术方案，本专利技术具有以下优点和效果1、 本专利技术采取的点云重建算法，M于alpha-shape理论的，其构建的三角 形面片网格是点云数据集的Delaunay三角形网格的一个子集，故在点云数据密度 足够的情况下，其三维重建效果较好，质量较高。2、 由于采用了高效率的领域搜索算法，本专利技术的两个关键操作"种子三角 形选取"、"枢JM转"，计算效率较高，时间较为恒定，不会因点云数据集的变大 而导致重建时间增长，因而本专利技术可以节约三维表面重建的时间，在临床应用这 种对时间要求苛刻的场合具有重要的应用价值。3、 本专利技术可提高非平行轮廓医学影像三维表面重建质量，节省三维重建时 间，减少三维重建时对系统资源的占用，进而 ^高非平行轮廓三维表面重建 方法的效率，拓宽其在医学影係-领域的应用范围。附图说明图1是本专利技术点云三维表面重建步骤的a^f呈图图2是本专利技术种子三角形选取的流雍图图3是本专利技术三维表面重建才区^^走转才喿作示意图图4是本专利技术采用普通B超仪釆集非平行轮廓医学影像的系统组成示意图图5是本专利技术用普通B超仪采集的样本球体的非平行轮廓图6是本专利技术图5的非平4亍4^廓的点云凝:据集图7^对图6的点云邀:据集用本^专利技术方法重建得到的三角形网格图8是对图6的点云数据集用本专利技术方法重建并进行三维绘制的实验结果具体实施例方式本专利技术的非平行轮廓医学影像的点云三维表面重建方法，包括1、 影像采集利用多种习用手4tt集具有任意角度或彼此交叉的非平行医学 影^f象序列，并确定每一帧影l象在空间的位置和姿态；2、 影像分割使用阈值分割或者区域增长等分割方法从医学影像的二维切片 中将感兴趣区域(ROI)分割出来；3、 获取二维轮廓点云数据将每一帧二维影像采用轮廓跟踪方法将影像的轮 廓提取出来，作为二维轮廓数集，并fei维轮廓数集变换到三维坐标系中，形成 三维l^廓点云it据；4、 点云表面重建首先，选取种子三角形，其三条iii且成最初的边集，然后 选取一合适大小的;feJ求，边集的每一条边即是才liJli走转的枢纽，使其绕边集中的每一条边旋转，用以寻找新的三角形；然后，让一合适大小的枢球每次绕边集中 的一条边i走转，当》ME^e並到新的点时，此新点与作为枢轴的边的两个端点组成 一个新的三角形，此过程循环往复，遍历得到所有的有效三角形，即三维重建所 要求的三角形面片网格；M，进行边集扩充与合并，每一次枢Jli走转，有可能 碰到新的点，也有可能碰不到新的点，新的点有可能已在三角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非平行轮廓医学影像的点云式三维表面重建方法，包括下列步骤：　（１）影像采集：利用多种习用手段采集具有任意角度或彼此交叉的非平行医学影像序列，并确定每一帧影像在空间的位置和姿态；　（２）影像分割：使用阈值分割或者区域增长等分割 方法从医学影像的二维切片中将感兴趣区域（ＲＯＩ）分割出来；　（３）获取二维轮廓点云数据：将每一帧二维影像采用轮廓跟踪方法将影像的轮廓提取出来，作为二维轮廓数集，并把二维轮廓数集变换到三维坐标系中，形成三维轮廓点云数据；　（４）点 云表面重建：首先，选取种子三角形，其三条边组成最初的边集，然后选取一合适大小的枢球，边集的每一条边即是枢球旋转的枢纽，使其绕边集中的每一条边旋转，用以寻找新的三角形；然后，让一合适大小的枢球每次绕边集中的一条边旋转，当此枢球碰到新的点时，此新点与作为枢轴的边的两个端点组成一个新的三角形，此过程循环往复，遍历得到所有的有效三角形，即三维重建所要求的三角形面片网格；最后，进行边集扩充与合并，每一次枢球旋转，有可能碰到新的点，也有可能碰不到新的点，新的点有可能已在三角形网格中，也有可能不在三角形网格中，重建算法根据不同的情况对边集进行扩充与合并；　（５）三维绘制：采用面绘制的方法交互显示点云重建算法所得到的三角形面片网格。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓双城，蒋力培，曹莹瑜，李宇鑫，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]