[發明專利]基于兼容性網格分割的骨骼參數計算方法

有效

• 申請號: 201310646822.2
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103632371A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 吳云燕;陳正鳴;何坤金;耿維忠;王波
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于計算機圖形技術領域，特別是涉及特征點與模板引導的骨骼網格模型的兼容性分割和基于分割結果的參數計算方法。?

背景技術

在醫學領域，精確的骨骼形態參數對指導手術和假體制造具有非常重要的意義。尤其是股骨的形態和尺寸大小的變化范圍是假體系列化、標準化設計的根據和基礎，在人工髖關節置換和斷骨配準復位等骨科手術中發揮著重要作用。?

測量骨骼參數是醫學圖像處理中的重要研究內容之一，同時又是一個經典難題。骨骼參數難以測量的主要原因在于它的幾何特性非常復雜，形狀多具不規則性。此外，重建三維骨骼模型的數據大都來源于醫院提供的MRJ或CT圖像，這些圖像中一部分受到嚴重的噪聲污染，而且一些病變骨頭根據病情不同，呈現不同程度的變形、塌陷或缺損。所以，對存在一定數據殘缺或畸變的受污染骨骼模型進行高效精確的測量很困難。?

有關骨骼的參數測量,國內外已有不少文獻報導,大部分文獻使用的測量方法,無論是利用X光片還是CT測量,主要依據的是一種2D投影圖像而忽視了骨骼模型的3D整體特性，本質上都屬手工測量,由于受成像方式或測量方法等因素的影響,不容易測得客觀準確的結果。也有少數文獻提出了基于X光片的自動測量方法或利用反求工程軟件進行計算,在一定程度上提高了測量效率和精度，但計算框架相當復雜，尤其當涉及大批量骨骼模型的參數測定時，所需成本很高。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于兼容性網格分割的骨骼參數計算方法，該方法使得用戶能夠對結構相似的同類骨骼模型實現快速兼容性分割，然后根據網格分割結果計算出骨骼的主要參數。與傳統測量方法相比較,無論是精度上還是效率上都有所提高，尤其適合于大批量骨骼模型的參數測定。?

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：?

一種基于兼容性網格分割的骨骼參數計算方法，其特征在于：首先在特征點提取的基礎上對人體骨骼的3D網格模型進行醫學語義分割；分割得到的模板再指導同類的其它骨骼模型進行快速兼容性分割；最后根據網格分割結果計算出骨骼的主要參數，?

首先，?在特征點提取的基礎上對人體骨骼的3D網格模型進行醫學語義分割，包括以下步驟：

?步驟S01：結合特定醫學先驗知識對骨骼模型提取一些特征點；

步驟S02：基于特征點對骨骼模型進行符合醫用的分割，即符合醫用理解的有意義分割；

然后，?分割得到的模板再指導同類的其它骨骼模型進行快速兼容性分割，包括以下步驟：

步驟S03：將已完成分割的模型作為模板A,?正待分割的同類骨骼模型作為目標B;

步驟S04：在模板A與目標模型B之間進行基于Laplacian變形的非剛性配準；

步驟S05：對于模板曲面A上的每個特征點p，在配準過的目標曲面B上找出對應的特征點q；

步驟S06：目標模型B在相應特征點q的指導下進行快速分割。

最后，根據網格分割結果計算出骨骼的主要參數，包括以下步驟：?

步驟S07：對于已成功分割成若干區域的骨骼模型,?用類球體、類圓柱體等基本形狀來模擬一些區域，并計算出相關參數;

步驟S08：根據特征點及計算出的參數對骨骼模型建立一個子區域鄰接圖，存儲相關信息，將骨骼模型的結構性描述轉化成一種語義描述。

所述對骨骼模型提取的特征點有四類：突出特征點、邊界特征點、中心頂點和用戶選擇點。就股骨骼而言，其用戶選擇點為股骨頸點。它們將在后續的網格分割中各盡其能，其中檢測突出特征點的具體步驟為：?

步驟i01：對網格模型挑選一個中心頂點；

步驟i02：計算每個網格頂點到中心頂點的測地距離；

步驟i03：計算每個網格頂點的局部深度值；

步驟i04：?綜合頂點的測地距離值和局部深度值，定位網格模型的突出特征點。

所述局部深度值是指某個頂點相對于鄰居頂點的最大高度差。頂點v與某個鄰居頂點的高度差可近似為連接這兩個頂點的矢量在頂點v的法線向量上的投影。?

所述網格模型的突出特征點的檢測條件是：該頂點到模型中心頂點的測地距離是其鄰域內的局部最大值并且該頂點的局部深度值為負的較小值。?

所述基于特征點對骨骼模型進行符合醫用的分割的具體步驟為：?

步驟t01：將每個網格頂點的區域號初始為-1,即分割后邊界點的區域號保持為-1；

步驟t02：依次將中心頂點、用戶選擇點與每一個突出特征點作為種子進行區域擴展即分水嶺算法中的浸沒操作。