基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，疾病的診斷需要大量運(yùn)用CT和MRI掃描得到的斷層圖片。這些圖片大多是沿同一個(gè)方向的切面，醫(yī)護(hù)人員只能通過連續(xù)的多張圖片為病人診斷。僅僅通過二維圖片難以判斷組織空間結(jié)構(gòu)，而且無法看到兩張圖片中間的切面，無法從其他的方向剖切。病人等非專業(yè)人士面對這樣的斷層圖片難以理解。因此，斷層圖片三維重建工作尤為重要。
[0003]熱門的研宄領(lǐng)域是根據(jù)二維的圖片或視頻來進(jìn)行三維重建。根據(jù)拍攝圖片所使用的攝像機(jī)數(shù)目，三維重建可以分為單目視覺法、雙目視覺法、三目視覺法。單目視覺方法使用一臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行三維重建，使用的圖像可以是單視圖的，也可以是多視圖的。大多數(shù)三維重建的方法都屬于單目視覺法，如輪廓法，明暗度法，紋理法，變焦法，由運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)方法等。雙目視覺法是根據(jù)人眼的雙目視差來復(fù)原三維結(jié)構(gòu)，所使用的圖像是一對攝像機(jī)拍攝的。三目視覺法比雙目視覺法增加了一臺(tái)攝像機(jī)，可以分為直角三角形結(jié)構(gòu)和共線結(jié)構(gòu)。
[0004]傳統(tǒng)方法在三維重建時(shí)，會(huì)在一定程度上丟失二維圖片的信息；算法復(fù)雜，計(jì)算量大，難以開發(fā)和推廣；在需要對模型進(jìn)一步有限元分析時(shí)，需要另畫網(wǎng)格，再一次丟失部分信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法，其計(jì)算速度快、圖像無失真。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法，其包括步驟:步驟一，讀取N幅單視圖系列斷層掃描圖像；步驟二，去掉各幅斷層掃描圖像中的背景文字，增大各幅斷層掃描圖像的對比度；步驟三，基于像素將各幅斷層掃描圖像構(gòu)建為二維網(wǎng)格；步驟四，由二維網(wǎng)格構(gòu)建由單元構(gòu)成的三維實(shí)體模型；步驟五，輸出三維實(shí)體模型的數(shù)據(jù)文件至圖像后處理軟件；以及步驟六，在后處理軟件中顯示三維實(shí)體。
[0007]本發(fā)明的有益效果如下:
[0008]本發(fā)明基于像素將系列二維圖像進(jìn)行三維重建，所有的像素都在三維實(shí)體模型上還原，計(jì)算速度快、圖像無失真。算法簡單有效，便于開發(fā)與推廣，而且無需特殊設(shè)備，在任何電腦上都可以處理?？梢詰?yīng)用于醫(yī)學(xué)上核磁共振、CT等斷層掃描圖像結(jié)果的處理。
【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法的步驟四至步驟六的原理圖；
[0010]圖2為根據(jù)本發(fā)明處理的三維腦部模型切去一角；
[0011]圖3為圖2處理的三維腦部模型的z方向某位置的截面圖像及其相鄰兩個(gè)斷層掃描原始圖像；
[0012]圖4為圖2的X方向的截面圖像；
[0013]圖5為根據(jù)本發(fā)明處理的三維腦部模型的任意方向進(jìn)行截面的示意圖，其中，圖(a)為截面位置示意，(b)為正對截面的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面參照附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法。
[0015]參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法包括步驟:步驟一，讀取N幅單視圖系列斷層掃描圖像；步驟二，去掉各幅斷層掃描圖像中的背景文字，增大各幅斷層掃描圖像的對比度；步驟三，基于像素將各幅斷層掃描圖像構(gòu)建為二維網(wǎng)格；步驟四，由二維網(wǎng)格構(gòu)建由單元構(gòu)成的三維實(shí)體模型；步驟五，輸出三維實(shí)體模型的數(shù)據(jù)文件至圖像后處理軟件；以及步驟六，在后處理軟件中顯示三維實(shí)體。后處理軟件還包括以下基本功能:將顯示的三維實(shí)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大、平移等操作，也可以改變?nèi)S實(shí)體的顏色，對實(shí)體進(jìn)行剖切。
[0016]本發(fā)明基于像素將系列二維圖像進(jìn)行三維重建，所有的像素都在三維實(shí)體模型上還原，計(jì)算速度快、圖像無失真。算法簡單有效，便于開發(fā)與推廣，而且無需特殊設(shè)備，在任何電腦上都可以處理?？梢詰?yīng)用于醫(yī)學(xué)上核磁共振、CT等斷層掃描圖像結(jié)果的處理。
[0017]在根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法中，步驟三包括子步驟:將各幅斷層掃描圖像中的每個(gè)像素看作是二維網(wǎng)格中的一個(gè)二維平面四邊形單元；如果該幅斷層掃描圖像的分辨率是n*m，則設(shè)定在X方向有m行二維平面四邊形單元，y方向有η列二維平面四邊形單元；則在二維網(wǎng)格中X方向有m+Ι行節(jié)點(diǎn)，y方向有n+1列節(jié)點(diǎn)；以及分別用1、j表示節(jié)點(diǎn)的行序號(hào)、列序號(hào)(O彡i彡m，0彡j彡η)，P表示一個(gè)像素寬度對應(yīng)的實(shí)際尺寸，則節(jié)點(diǎn)(i，j)的二維坐標(biāo)表示為(ip，jp)，如圖1所示。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法中，構(gòu)成三維實(shí)體模型的單元可為六面體、四面體、或三棱柱中的一種。當(dāng)然不限于此，三維實(shí)體模型的單元可以基于后面所述的數(shù)值計(jì)算的要求(例如精度)進(jìn)行構(gòu)造。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法中，參照圖1，當(dāng)構(gòu)成三維實(shí)體模型的單元為六面體時(shí)，步驟四包括子步驟:將每一個(gè)像素的四個(gè)節(jié)點(diǎn)以及相鄰斷層掃描圖像的對應(yīng)像素的四個(gè)節(jié)點(diǎn)共同組成一個(gè)六面體單元；N幅斷層掃描圖像在z方向有N層節(jié)點(diǎn)；以及用h表示N層節(jié)點(diǎn)的層間距，用k表示節(jié)點(diǎn)層數(shù)(0<k< N-1)，將每一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理成三維空間點(diǎn)，貝1J節(jié)點(diǎn)(i，j，k)的三維坐標(biāo)表示為(ip，jp, kh)，如圖1所示。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的基于多幅斷層掃描圖像的三維實(shí)體構(gòu)建方法中，三維實(shí)體模型的數(shù)據(jù)文件包括節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)顏色值、六面體單元與節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系；步驟五包括子步驟:在數(shù)據(jù)文件中按順序?qū)懭牍?jié)點(diǎn)的X、1、Z坐標(biāo)；在每一幅斷層掃描圖像上，節(jié)點(diǎn)的顏色值定義為其相鄰右下角像素的顏色值，且對于邊界節(jié)點(diǎn)，第m+Ι行節(jié)點(diǎn)顏色值與第m行節(jié)點(diǎn)顏色值對應(yīng)相同，第n+1列節(jié)點(diǎn)顏色值與第η列節(jié)點(diǎn)顏色值對應(yīng)相同；以及由每一個(gè)六面體單元的八個(gè)節(jié)點(diǎn)來描述六面體單元與節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，在數(shù)據(jù)文件中，節(jié)點(diǎn)(i，j，k)的編號(hào)表示為node