[發(fā)明專利]一種基于子空間凝聚算法的軟組織形變仿真方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810959632.9
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109036567B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳冬英;張麗麗;魏建崇;黃淑燕;林靈燕;李弘楠
• 申請（專利權(quán)）人: 福建江夏學(xué)院
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

1.一種基于子空間凝聚算法的軟組織形變仿真方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟S1、數(shù)據(jù)預(yù)處理與軟組織模型的三維重建；

步驟S2、進行軟組織的生物力學(xué)特性分析；

步驟S3、采用AABB包圍盒與三角形面片相交相結(jié)合實現(xiàn)碰撞檢測；

步驟S4、進行子空間凝聚算法完成軟組織形變仿真計算，包括采用空間核方法實現(xiàn)空間映射，利用貪心算法完成最佳子空間的產(chǎn)生并利用二維分離算法分離出最佳純子空間；

所述步驟S1的具體實現(xiàn)方式如下，

步驟S11、通過中值濾波對VHP圖片中的軟組織進行預(yù)處理，運用限定閾值的區(qū)域生長法提取出軟組織的輪廓；

步驟S12、利用分區(qū)域繪制三角面片的方法對軟組織模型進行三維重建；

步驟S13、利用OpenGL對重建后的軟組織模型進行渲染；得出軟組織模型重建后的效果圖；

所述步驟S3中，采用AABB包圍盒碰撞檢測方法進行軟組織模型內(nèi)部區(qū)域處理，再用三角形面片相交的檢測方法處理軟組織模型邊緣部分，從而使得檢測過程中保證實時性的同時提高了碰撞檢測的精確度；

所述步驟S4的具體實現(xiàn)方式如下：

采用貪心法，產(chǎn)生候選子空間，再對候選子空間進行篩選；接著通過先對幾何距離進行判斷來計算子空間凝聚力大小，根據(jù)子空間凝聚力大小為單元選擇最佳子空間；而后采用二維空間計算分離最佳純子空間；最后便可以進行軟組織形變仿真；

其中子空間凝聚力計算如下：

子空間的組成與屬性A和單元E相關(guān)，另外還有一個重要的元素就是凝聚力F；因此，子空間可以表示為S＝{A,E,F}，其中而整個子空間對某個單元的引力可以通過以下計算得到：

首先，可以計算單元M受到單元N的引力，其引力大小可用以下如公式(4)表示：

C_M表示該子空間里單元M所包含的屬性個數(shù)，C_N表示該子空間里單元N所包含的屬性個數(shù)，表示單元M和單元N的幾何距離，滿足公式(4)，G是萬有引力中用到的引力常量；

接著，可以根據(jù)凝聚力的概念：一個包含n個單元的子空間，其中的任意一個單元會受到另外的n-1個單元的引力作用，該引力即為凝聚力，其大小可用公式(5)表示：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于子空間凝聚算法的軟組織形變仿真方法，其特征在于：所述步驟S11中，運用限定閾值的區(qū)域生長法提取出軟組織的輪廓，是利用軟組織和周圍環(huán)境間的灰度值分布的明顯區(qū)別來實現(xiàn)的，由于軟組織的像素值為周圍環(huán)境最高像素值的8/20，因此，選擇的限定閾值為圖像中最高像素值7/20，其中限定閾值與相鄰像素差之間的關(guān)系如式(1)所示：

|f(x,y)-f(x₀,y₀)|＜T₀且f(x,y)＜T (1)

式中，(x₀,y₀)表示圖片中軟組織區(qū)域的生長點，T₀為軟組織所在區(qū)域的生長閾值，此外，(x,y)表示(x₀,y₀)鄰域中的點，當(dāng)(x,y)滿足以上不等式關(guān)系時，(x₀,y₀)所在的區(qū)域M滿足M＝M+(x,y)；其中的T滿足等式(2)

T＝f_max(x,y)*7/20 (2)。