[发明专利]一种基于断层医学图像的骨骼模型重建方法

说明书

本发明的技术方案是：首先通过CT扫描获得DICOM格式的断层医学图像，然后采用单向线性插值来增加断层之间的体素，以此来建立三维数据场。再利用灰度阈值法和区域生长法对目标组织进行分割，使其与其他组织分离，接下来对各个切片逐个实施边缘探测和多边形逼近，获得目标骨骼轮廓的离散点集合。然后利用移动最小二乘解法，选择三次样条函数作为紧支撑加权函数，将多边形逼近得到的骨骼轮廓离散点集合拟合一条曲线，最后以最短跨距法作为连接准则，在相邻的两个轮廓线之间进行三角形铺面连接，获得三维骨骼模型。

技术领域

本发明涉及断层医学图像的建模技术领域，尤其涉及一种基于断层医学图像的骨骼模型重建方法。

背景技术

可视化和VR技术在医学上得到了越来越广泛深入的应用。其中，对骨骼进行三维重建是断层医学影像可视化的重要手段之一。通过三维重建，可以将骨骼的生理特性较为“真实”地重现，进而提高可视化的质量。对重建后的骨骼模型进行裁切等操作，可以更加直观的观察其内部结构和损伤部位的具体情况，方便医生更好的做出判断。

目前主要的利用断层医学图像进行骨骼三维模型重建的方法可分为两大类：基于体数据的三维重建法和基于面网格的三维重建法。前者主要是光线投射算法和体素重建法，两者的缺点均为重建的三维模型清晰度较差并且后续进行网格编辑受到的限制较大，限制了重建模型的应用范围。后者有MC算法铺面建模，MC算法由于拓扑结构有二义性情况，建立三维模型会产生阶梯效应，影响表面精度，虽然可通过插值出新断面来弱化阶梯效应，但是如此便会降低数据处理效率。针对如上缺点，本发明提出一种基于断层医学图像的骨骼模型重建方法。

发明内容

针对上述情况，本发明提出一种基于断层医学图像的骨骼模型重建方法，是一种将二维断层医学影像转换为三维模型的方法，可用于相关科研或医学工作，改善可视化的质量，方便医生进行诊断。

本发明的技术方案是：首先通过CT扫描获得DICOM格式的断层医学图像，然后采用单向线性插值来增加断层之间的体素，以此来建立三维数据场。再利用灰度阈值法和区域生长法对目标组织进行分割，使其与其他组织分离，接下来对各个切片逐个实施边缘探测和多边形逼近，获得目标骨骼轮廓的离散点集合。然后利用移动最小二乘解法，选择三次样条函数作为紧支撑加权函数，将多边形逼近得到的骨骼轮廓离散点集合拟合一条曲线，最后以最短跨距法作为连接准则，在相邻的两个轮廓线之间进行三角形铺面连接，获得三维骨骼模型。

本发明是一种基于断层医学图像的骨骼模型重建方法，其特征在于包括如下步骤：

1、通过CT扫描获得骨骼的DICOM格式断层医学影像，设置尽可能小的扫描层距，以减少接下来切片间单向线性插值的工作量。

2、根据空间位置参数将各二维断层图像置于同一二维坐标系中，按照CT扫描方向在空间依次排列。然后利用单向线性插值法在各断层之间插值生成新的体素，最终形成三维数据场。

3、利用灰度阈值法将灰度值不同的骨骼、肌肉、表皮以及软组织等分割开，然后利用区域生长分割法，通过去除与目标骨骼相连的其他骨骼像素将单个骨骼进行分离，以获得独立的目标骨骼。

4、通过边缘探测得到最外层边缘上的像素点集合，从而获得目标骨骼的封闭轮廓线。然后进行多边形逼近，减少封闭轮廓线上的像素数目，同时去除由于噪声等原因产生的边缘毛刺，最后获得目标骨骼轮廓的离散点集合。

5、利用移动最小二乘解法，选择三次样条函数作为紧支撑加权函数，将多边形逼近得到的骨骼轮廓离散点集合拟合一条曲线，最后以最短跨距法作为连接准则，在相邻两个轮廓线之间进行三角形铺面连接，获得三维骨骼模型。

对所述步骤2；扫描得到的断层医学图像是二维数据，接下来的分割和建模都是在体数据的基础上进行的，所以需要在各断层之间插值生成新的体素，然后在空间依次排列形成三维数据场。在两个断层之间采用单向线性插值来增添体素，形成新断层。