[發明專利]一種基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法

有效

• 申請號: 201810015080.6
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108257118B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 童若鋒;張月;呂敏達
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T5/30
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)模型預處理，平滑模型表面；

(2)根據需求選取骨骼強粘連區域，采用隨機游走計算分割面，提取粘連區域體素；所述的強粘連區域是指厚度大于周邊骨骼厚度的粘連區域；

(3)對模型表面各體素，根據當前點與其鄰域零點體素形成的向量、以及當前點的法向量，二者的位置關系判斷是否腐蝕當前點；若上述兩向量的夾角大于預設值α，則腐蝕當前點；α根據經驗設置；采用數組A記錄腐蝕過程；

(4)對腐蝕后的結果進行連通區域標記，得到互不連通的各區域；更新腐蝕記錄數組A；

(5)膨脹還原上述互不連通的各區域，還原原始模型細節，完成分割；

所述的步驟(3)為：對模型進行基于法向的腐蝕，對于模型表面任一體素p，求其法向量Norm_p，若三維尺度空間中p點26鄰域內存在零點q₀，且與Norm_p所成夾角大于α，則腐蝕點p；若體素p為粘連區域體素，則α取0°，若體素p為其余體素，則取90°-110°；

用數組A記錄腐蝕過程。

2.根據權利要求1所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的步驟(1)為：對三維體素模型進行均值濾波。

3.根據權利要求1所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的步驟(2)為：根據需求選取待分割的骨骼粘連區域，并根據需要分割得到的區域數k交互設置k個種子點，采用隨機游走計算拾取區域內各體素到達每個種子點的概率，將各體素劃分至其到達概率最大的種子點，由此可得k-1個分割面，提取粘連區域體素。

4.根據權利要求3所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的提取粘連區域體素是指收集距離分割面一個單位距離的體素。

5.根據權利要求1所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，

所述的步驟(3)具體為：

1)提取模型表面體素

遍歷模型各體素，提取掩膜值為1且六鄰域內包含零點的體素，則得到模型的表面體素；

2)計算表面體素的法向量

對于每一表面體素p，找到同樣位于模型表面且距p兩個單位距離的數點q_i，i＝1，2......n，令q_i與點p結為向量將各向量順次求取叉積C_i＝V_i×V_i+1，統一叉積向量的方向，另均朝向模型表面之外，各叉積的平均值即為點p的法向量Norm_p，依次求得所有表面體素的法向量；

3)基于法向量的腐蝕

對于每一表面體素p，遍歷點p的26鄰域，對每一個鄰域點q進行下述操作：

①若點q值為1，訪問下一鄰域點；若值為0，繼續下述步驟；

②若p是粘連區域體素，腐蝕夾角α取0°，否則α取90°-110°；

③記p與q組成的向量為p點的法向量為Norm_p，計算得與Norm_p的夾角β；

④若β＞α，則腐蝕p點，結束遍歷；否則，繼續訪問下一鄰域點；

用數組A記錄腐蝕過程。

6.根據權利要求1所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的步驟(3)中用數組A記錄腐蝕過程，定義如下：

將掩膜不關心區域的體素標記為0；

將第n次腐蝕中被去掉的體素標記為-n。

7.根據權利要求6所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的步驟(4)為對步驟(3)所得腐蝕結果利用種子填充法進行連通區域標記，并篩去體素個數少于200的區域，得到m個互不連通的區域R₁、R₂......R_m，腐蝕完成后，將互不連通的區域R_s中的體素對應地在腐蝕記錄數組A中標記為s，s＝1……m。

8.根據權利要求7所述的基于法向腐蝕和隨機游走的骨折粘連分割方法，其特征在于，所述的步驟(5)為：

設模型經過了N次腐蝕，則膨脹還原過程如下：

①令i＝N；

②尋找數組A中值為-i的各體素，同時膨脹R₁、R₂......R_m，至-i被悉數替換為1、2......m；

③i＝i-1后，若i≥1，轉步驟②；否則轉步驟④；

④膨脹余下負值點，直至數組A中不再有負值體素。