[发明专利]一种长骨骨折断面点云提取方法

摘要

一种长骨骨折断面点云提取方法，涉及三维医学图像处理领域，具体涉及一种骨折断面点云提取方法。为了解决现有方法中存在的断面区域出现较大起伏时区域生长将会停止导致断面点云数据丢失比较严重的问题，本发明首先对长骨骨折CT图像进行三维重建和面绘制；依据断骨模型表面各个三角形顶点法向量与骨干轴线的夹角的差异，滤除差异较大的点；然后依据是三角面片各个顶点构成三角形网格的联系，采用点云区域生长的方法进行细分割，最终得到断面点云列表。本发明适用于长骨骨折断面点云提取。

主权项

1.一种长骨骨折断面点云提取方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、对长骨骨折部位进行CT扫描，读取CT图像，使用Marching Cubes算法进行等值面提取，使用Delaunay算法进行三维重建和面绘制；得到长骨模型及两个列表：顶点列表v和三角形列表f，列表v中每行存储了三角形顶点的坐标，列表f中每行存储一个三角形各个顶点在列表v中的行号；步骤2、在长骨模型中部骨干的表面选取一条直线AB，构成骨干方向向量步骤3、求取的三角形顶点的法向量：长骨模型表面由许多三角形拼接而成，每个三角形的顶点会被邻近其他三角形共用，因此三角形某一顶点的法向量指共享该顶点的所有三角形表面法向量的平均值；求取的三角形顶点法向的具体步骤如下：步骤3.1、三角形法向量的计算：设三角形的三个顶点分别为：P₁(x₁，y₁，z₁)，P₂(x₂，y₂，z₂)，P₃(x₃，y₃，z₃)；构建两个向量和则：和其叉积就是所求三角形法向量；式中：i、j和k分别为单位向量，ax＝x2‑x1，ay＝y2‑y1，az＝z2‑z1                   (2)bx＝x3‑x1，by＝y3‑y1，bz＝z3‑z1                   (3)则由公式(1)、(2)和(3)可得：式中：nx＝aybz‑azby                         (5)ny＝azbx‑axbz                         (6)nz＝axby‑aybx                         (7)步骤3.2、顶点法向量计算：p为要计算法向量的顶点，其周围有r个三角形，设第ti个三角形的单位法向量为ti＝1，2，…，r；定义顶点p的法向量为其周围所有三角形的平均值，并以表示顶点p的法向量，公式如(8)(9)所示：其中v_px、v_py、v_pz分别表示法向量三个坐标轴上的分量；步骤4、粗分割：求出三角形每个顶点法向量与向量夹角θ；设定阈值角，大于阈值角的顶点被认为侧壁上的点，小于阈值角的顶点被认为断面的点；将列表v中小于阈值角的点的行号存入列表m中；以列表m为依据，从列表f中提取包含列表m中的点的所有三角形，重新生成三角形列表newf；所述求出顶点法向量与方向向量夹角θ的余弦公式如下：步骤5、细分割：在长骨模型断面上选取若干个种子点，在列表newf中搜索与种子点邻近的三角形顶点进行种子点生长，最终得到断面点云列表pointcloud；具体实施步骤如下：步骤5.1、初始种子点选取：在长骨模型断面上选取若干个种子点；将这些种子点在列表v中的行号存放至列表D；步骤5.2、种子点生长：取列表D中某一个种子点，假设取第1个种子点D[1]；在列表newf的前3列中搜索含有D[1]的行，将列表newf中对应的整行数据存储到列表T，并将列表newf中该行第4列标志为1，下次不再搜索；步骤5.3、重复步骤5.2操作，将列表D中所有种子点生长一次；步骤5.4、新种子点生成：先将列表D追加至列表Ds中，然后将列表T进行单一化，即同一个数值只保留一个，得到列表T'；最后将列表T'中含有列表D的元素剔除，存储到列表S中；将列表S中的点集赋值给列表D，用于下次搜索；步骤5.5、循环执行步骤5.2到步骤5.4，直到没有新的种子点生成；输出列表Ds；步骤5.6、从列表v中提取以列表Ds中元素为行号的点的坐标，并存储至断面点云列表pointcloud；其中，各个列表功能定义如下，列表newf：将列表f中的数据经过粗分割后重新生成的表格，其中第4列标志为0，表示此行未被搜索；当标志位变为1时，表示此行已被搜索，以避免重复搜索；列表D：每次搜索前存储种子点；列表T：在列表newf中搜索含有列表D中元素的行，将整行数据存储到列表T；列表T'：列表T单一化，即同一个数值只保留一个，然后存储至列表T'；列表S：将列表T'中含有列表D的元素剔除，剩余的元素存储至列表S；列表Ds：存储所有已搜索到的点；具体为每次区域生长时，将搜索到的行号追加至列表Ds中。