[發明專利]一種適用于腦外科虛擬手術仿真的高沉浸感視覺呈現方法

有效

• 申請號: 201610065789.8
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105740623B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 賴蘋華;劉小平;程強強;胡凌燕;李春泉;鄒艷妮
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

1.一種適用于腦外科虛擬手術仿真的高沉浸感視覺呈現方法，其特征是按如下步驟：

步驟1：對腦外科手術視頻進行區域分割，并分別進行預處理：

(a)對手術視頻進行圖像分割：設視頻單幀圖像為U，U＝Us+Ub，其中，Us為光斑區域圖像，Ub為腦組織區域圖像；利用Otsu法計算出兩個區域的類間方差，獲得分界閾值k，根據k值將圖像U分離為光斑區域Us與腦組織區域Ub；

(b)對光斑區域Us進行線性放大和質心配準：采用雙線性插值將光斑區域Us放大1.1倍獲得Us'圖像；設源圖像Us大小為M×N，則目標圖像Us'大小為1.1M×1.1N，通過對四鄰域點的像素值進行加權求和獲得Us'圖像的像素值；分別計算原光斑區域Us的質心點p1，和放大區域Us'的質心點p2，通過重疊p1和p2兩點對兩個區域進行質心配準，使用Us'覆蓋Us區域；

(c)對腦組織區域Ub進行圖像修復：對Ub中移除光斑后的剩余區域進行圖像修復，獲得完整的腦組織圖像Ub'；對視頻中每幀圖像，通過對相鄰幀畫面像素采用加權求和窗口，獲得第k幀圖像中的修復區域各點的像素值；

步驟2：動態紋理映射渲染高仿真腦組織區域背景：

(a)從完成預處理的視頻中解出幀畫面、生成紋理圖像：從視頻中提取video流、獲取視頻信息，利用視頻流時長信息計算出每幀持續時間mpf，選取適當間隔時間t，將視頻離散為有限幀畫面序列；獲取幀信息，利用幀的邊界信息計算幀畫面的尺寸，將幀處理為符合映射規則的紋理格式位圖，大小為2N×2N，以便進行紋理映射；

(b)進行動態紋理映射、消除循環點跳變：對手術中的大腦組織區域進行不限時長的實時動態映射循環作為仿真手術系統的環境背景，將結束點畫面跳變引起的圖像差分散到整個循環周期中從而消除視覺跳變；對幀圖像進行幀剖，分成若干網格，考察網格的運動軌跡，提取具有完整運動軌跡的網格，找出視頻停止點的中斷缺損網格，將其替換為具有完整軌跡的網格序列，保證初始網格完成運動；

步驟3：對虛擬腦腫瘤模型進行鏡面環境紋理映射：采用立方體鏡面環境映射，將腦腫瘤的表面紋理模擬為周圍大腦組織環境的反射效果，保持腦瘤紋理與周圍的紋理同源，進行實時同步的準確映射；建立邊長為D的立方體模型，在紋理平面的中間區域取正方形紋理覆蓋至立方體頂面，再取正方形紋理之外的環形區域覆蓋到立方體剩余的側面，紋理映射前后的面積之比為K，建立紋理平面上的點P(u,v)到立方體上的點Q(x,y,z)之間的映射f(u,v,x,y,z)。