[發明專利]一種醫學圖像三維重建等值面網格提取方法

有效

• 申請號: 201811233339.0
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109509259B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 王沫楠;段正華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G16H30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于醫學圖像技術領域，提供一種醫學體圖像三維重建等值面網格提取方法。本發明按順序依次求解等值面與立方體的各個交點，然后將交點組成三角形網格，并用相鄰兩個交點一組去確定共用該兩點的相鄰立方體是否要處理，用隊列記錄要處理的立方體的信息。整個過程處理的立方體有兩種來源：一種為中間一層的所有立方體，另一種為通過隊列取出的數據構造的立方體。當隊列為空時，生成指定閾值的等值面網格。

技術領域

本發明屬于醫學圖像領域，提供一種醫學圖像三維重建等值面網格提取方法。

背景技術

通過醫學影像技術，醫生可以得到很多病人體內的特征。但傳統方法是醫生直接通過CT/MRI二維斷層圖像去想象三維來分析和診斷，這需要醫生有豐富的經驗；同時依據傳統方法很難準確地把握組織的生理病理的性質、空間幾何特征及其周圍組織之間的空間關系。通過計算機輔助，從很多二維斷層組成的體數據中提取等值面網格，最后將等值面網格以三維模型的形式呈現給醫生，可以極大減輕醫生的工作量和病癥判斷的準確性。

網格是三維幾何物體表示的基本形式，網格生成技術是醫學圖像三維重建的最重要的一環。等值面網格提取是通過設定一個標準灰度值，稱為閾值，將灰度值等于閾值的點提取出來，由這些點組成的網格。當今，醫學圖像網格生成最為成熟是MC算法，它是由Lorensen Cline(“Marching cubes A high resolution3D surface constructionalgorithm，”in Computer Graphics(Proc.SIGGRAPH)，vol.21，1987，pp.163-169.)提出的，稱為Marching Cubes(簡稱MC)，之后又有很多方法對該算法進行了改進。

先分別從相鄰兩層數據中各提取四個點構成立方體構成六面體(圖1)，然后對六面體的各個頂點灰度值與閾值進行比較，判斷兩個點組成的邊是否與等值面有交點，最后將這些交點組合成網格。MC算法通過遍歷所有的形成的六面體最后生成等值面，其中很大部分時間浪費在了空體素(立方體和等值面沒有相交)的計算上，還會產生一些與主體網格不相連的小網格。

發明內容

本方案提供一種基于一種醫學圖像三維重建等值面網格生成方案，以解決現有方法等值面提取產生大量多余網格的問題，去除一些不必要的計算，消除部分不需要的小網格。

本發明采用的技術方案為以下步驟：

A、通過相鄰兩層醫學斷層圖像各4個相鄰點構造立方體(如圖1所示，一個M×N二維數據，相鄰兩層數據構成(M-1)×(N-1)個立方體；層數為L時，構成(L-1)×(M-1)×(N-1)個立方體，每個立方體會對應一個三維坐標aa、bb、cc，分別對應笛卡爾坐標系的x、y、z三個方向該立方體在所有立方體中的排列序數。立方體的8個頂點灰度值以及空間坐標由立方體的三維坐標計算得到，灰度值通過坐標算出對應二維圖像中對應的像素求得，空間坐標先通過坐標算出其中基準點的坐標，再用二維圖像像素間對應的層內距離和兩個相鄰斷層的層間距離求得其他頂點的坐標，其中所有的層內、層間距離數據在通用的Dicom格式醫學圖片中有記錄)。從等值面的角度出發，等值面與立方體的面的相交分為兩種情況(如圖2所示)：一種情況是相交線與相交立方體面上的點組成的最少邊多邊形為一個三角形，另一種情況是相交線與相交立方體面的點形成一個四邊形；以等值面一側的立方體頂點中，選擇一個與相交線組成三角形的頂點為選定點(如圖2左圖標記為4的點)。

B、遍歷立方體的各個頂點，將頂點的灰度值和閾值(等值面的灰度值)進行比較找出所有等值面對應的選定點。先比較立方體頂點灰度值與閾值的大小，將頂點分為大于閾值和不大于閾值的兩部分，以數量size(size為點的數量)較小的那部分點為基準(后面稱這部分點為滿足要求的點，當size等于4時，滿足要求的點為大于閾值的點)，size等于0不再對立方體進行后續處理(等值面和立方體不相交)，所有的選定點都在滿足要求的點中尋找；將立方體的各個頂點與閾值進行比較，找出立方體中的選定點，具體分為兩種情況：