[發(fā)明專利]一種醫(yī)學(xué)圖像三維重建等值面網(wǎng)格提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811233339.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN109509259B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王沫楠;段正華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/20
• 分類號(hào): G06T17/20;G16H30/20
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1.一種醫(yī)學(xué)圖像三維重建等值面網(wǎng)格提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、通過相鄰兩層醫(yī)學(xué)斷層圖像各4個(gè)相鄰點(diǎn)構(gòu)造立方體，等值面與立方體面相交有兩種情況：一種情況是相交線與相交立方體面上的頂點(diǎn)組成的最少邊多邊形為一個(gè)三角形，另一種情況是相交線與相交立方體面的點(diǎn)形成一個(gè)四邊形；以等值面一側(cè)的立方體頂點(diǎn)中，選擇一個(gè)與相交線組成三角形的頂點(diǎn)為選定點(diǎn)；

B、遍歷立方體的各個(gè)頂點(diǎn)，將頂點(diǎn)的灰度值和閾值進(jìn)行比較找出所有等值面對(duì)應(yīng)的選定點(diǎn)，閾值為等值面的灰度值，選定點(diǎn)尋找過程為：先比較立方體頂點(diǎn)灰度值與閾值的大小，將頂點(diǎn)分為大于閾值和不大于閾值的兩部分，以數(shù)量size較小的那部分點(diǎn)為基準(zhǔn)，size為點(diǎn)的數(shù)量，并稱為基準(zhǔn)的點(diǎn)為滿足要求的點(diǎn)，當(dāng)size等于4時(shí)，滿足要求的點(diǎn)為大于閾值的點(diǎn)，size等于0時(shí)，等值面和立方體不相交，不對(duì)立方體進(jìn)行后續(xù)處理，所有的選定點(diǎn)都在滿足要求的點(diǎn)中尋找；將立方體的各個(gè)頂點(diǎn)與閾值進(jìn)行比較，找出立方體中的選定點(diǎn)，具體分為兩種情況：

(1)通過下標(biāo)遍歷立方體各個(gè)頂點(diǎn)時(shí)，找到一個(gè)頂點(diǎn)為滿足要求的點(diǎn)，和它通過邊相連的三個(gè)立方體頂點(diǎn)都不是滿足要求的點(diǎn)，則該點(diǎn)為選定點(diǎn)；然后size減1，若size等于0時(shí)，說明找到所有的選定點(diǎn)；

(2)通過下標(biāo)遍歷各個(gè)頂點(diǎn)時(shí)，找到一個(gè)頂點(diǎn)為滿足要求的點(diǎn)，稱為當(dāng)前點(diǎn)，但和它通過邊相連的頂點(diǎn)剛好只有兩個(gè)不是滿足要求的點(diǎn)，具體分為兩種情況：一種情況為，size小于4，則當(dāng)前點(diǎn)為選定點(diǎn)，然后size減2，若size等于0，說明找到所有的選定點(diǎn)，不等于0繼續(xù)找是否還有(1)所述的選定點(diǎn)；另一種情況為，size等于4，再分為兩種情況：①滿足要求的4個(gè)點(diǎn)為兩條對(duì)角邊上的四個(gè)點(diǎn)，則當(dāng)前點(diǎn)和它同平面的滿足要求的點(diǎn)都是選定點(diǎn)，此時(shí)找到了所有的選定點(diǎn)；②滿足要求的4個(gè)點(diǎn)不為兩條對(duì)角邊上的四個(gè)點(diǎn)，則只有當(dāng)前點(diǎn)為選定點(diǎn)，然后size減2，若size不等于0找是否還有(1)所述的選定點(diǎn)；

C、從選定點(diǎn)出發(fā)，依次求出等值面與立方體各邊的交點(diǎn)；當(dāng)在步驟B的過程中找不到選定點(diǎn)時(shí)，需要找出立方體大于閾值和不大于閾值各4個(gè)頂點(diǎn)組成的兩個(gè)對(duì)面，然后對(duì)兩個(gè)對(duì)面之間的相連邊依次順時(shí)針或逆時(shí)針求與等值面的交點(diǎn)；等值面與立方體邊的交點(diǎn)求解的過程為：找出選定點(diǎn)通過邊相連的兩個(gè)不是滿足要求的點(diǎn)，假設(shè)與選定點(diǎn)通過邊相連的第三個(gè)立方體的頂點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，選定點(diǎn)和其通過邊相連且不滿足要求的兩個(gè)立方體的頂點(diǎn)所在的面命名為SS，面SS相對(duì)的面命名為S_S；假設(shè)面SS上選定點(diǎn)右側(cè)的立方體頂點(diǎn)為上右點(diǎn)，面SS上選定點(diǎn)左側(cè)的立方體頂點(diǎn)為上左點(diǎn)，面SS上選定點(diǎn)對(duì)角的立方體頂點(diǎn)為上對(duì)角點(diǎn)，面S_S上基準(zhǔn)點(diǎn)右側(cè)的立方體頂點(diǎn)為下右點(diǎn)，面S_S上基準(zhǔn)點(diǎn)左側(cè)的立方體頂點(diǎn)為下左點(diǎn)，面S_S上基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)角的立方體頂點(diǎn)為下對(duì)角點(diǎn)，先插值求出選定點(diǎn)和上右點(diǎn)之間的邊上、選定點(diǎn)和上左點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)，接下來分情況求剩下的各個(gè)交點(diǎn)：

(1)、基準(zhǔn)點(diǎn)不是滿足要求的點(diǎn)：求選定點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；

(2)、基準(zhǔn)點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，下左點(diǎn)和下右點(diǎn)都是滿足要求的點(diǎn)：分別求上左點(diǎn)和下左點(diǎn)之間的邊上、下左點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、下右點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、上右點(diǎn)和下右點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；

(3)、基準(zhǔn)點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，下左點(diǎn)與下右點(diǎn)中只有下左點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)：先求出上左點(diǎn)和下左點(diǎn)的邊上與等值面的交點(diǎn)，再分兩種情況：一種情況為，下對(duì)角點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，分別求上對(duì)角點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、下右點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、下右點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；另一種情況為，下對(duì)角點(diǎn)不是滿足要求的點(diǎn)，分別求下左點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、下右點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；

(4)、基準(zhǔn)點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，下左點(diǎn)與下右點(diǎn)中只有下右點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，先求出下左點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)，再分兩種情況：一種情況為，下對(duì)角點(diǎn)是滿足要求的點(diǎn)，分別求下左點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、上對(duì)角點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、上右點(diǎn)和下右點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；另一種情況為，下對(duì)角點(diǎn)不是滿足要求的點(diǎn)，分別求下右點(diǎn)和下對(duì)角點(diǎn)之間的邊上、上右點(diǎn)和下右點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；

(5)、基準(zhǔn)點(diǎn)滿足要求時(shí)，下左點(diǎn)和下右點(diǎn)都不是滿足要求的點(diǎn)，分別求下左點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上、下右點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)之間的邊上與等值面的交點(diǎn)；

D、用一個(gè)標(biāo)記數(shù)組記錄所有立方體的狀態(tài)，防止同一個(gè)立方體被反復(fù)計(jì)算多次，立方體通過自己的坐標(biāo)訪問數(shù)組中相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)為0表示當(dāng)前立方體沒有處理，為1表示當(dāng)前立方體的信息已經(jīng)放入了增長(zhǎng)隊(duì)列，為2表示當(dāng)前立方體已經(jīng)處理；用一個(gè)增長(zhǎng)隊(duì)列存儲(chǔ)將要處理立方體的坐標(biāo)；

E、將所有交點(diǎn)按交點(diǎn)求解順序三個(gè)點(diǎn)一組形成三角形，把形成的三角形放入三角鏈表中；

F、將所有交點(diǎn)按順序兩個(gè)相鄰點(diǎn)一組，找出共用該兩點(diǎn)相鄰立方體的狀態(tài)，步驟D所述的狀態(tài)，若相鄰立方體沒有處理，需要將相鄰立方體的坐標(biāo)和本立方體的選定點(diǎn)灰度值放入增長(zhǎng)隊(duì)列中，并將相鄰立方體的狀態(tài)標(biāo)記為1；

G、立方體處理順序?yàn)椋合葟闹虚g一層遍歷所有立方體進(jìn)行處理，然后通過增長(zhǎng)隊(duì)列取出的數(shù)據(jù)構(gòu)造其他層的立方體進(jìn)行處理，直到隊(duì)列為空；當(dāng)一個(gè)立方體處理完后，將其狀態(tài)標(biāo)記為已處理。