一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法與流程
2024-03-25 04:30:05
本發明涉及醫學圖像技術領域，尤其涉及一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法。
背景技術：
基彎(basecurve)是風片式護目鏡鏡片水平方向的彎度，具備量化指標。市場上護目鏡基彎根據歐亞不同人種只有固定的幾個值，具有不同五官頭顱特徵的人有可能配戴具有同一型號基彎值的護目鏡，降低了國人配戴舒適度。為此測量、收集人體五官頭部與護目鏡基彎值計算相關的參數，指導設計符合國人配戴的護目鏡。傳統的測量方法是手工測量，但因其存在眾多問題，而發展出通過醫學圖像三維可視化技術進行測量。醫學圖像三維可視化技術是藉助計算機輔助技術與圖像處理技術，將醫學設備掃描得到的二維斷層圖像序列重建三維圖像並進行交互處理的理論、方法和技術。
目前，比較成熟的計算輔助系統如materialise公司開發的mimics10.01，能對醫學圖像序列完成多種實用操作，而在基彎數據的測量，主要針對左右對稱的圖像和二維圖像的處理，無法自動提取圖像輪廓，需要人工幹預，而人為操作對測量人員的要求較高，導致不對稱圖像的基彎數據測量不準確，測量效率低下。
技術實現要素：
本發明實施例提出一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法，能提高不對稱醫學圖像的基彎數據測量準確率和效率。
本發明實施例提供一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法，包括：
獲取並解析同一序列的醫學圖像，獲得圖像數據，並根據所述圖像數據，構建體數據場和判斷所述醫學圖像是否屬於對稱圖像；
如果所述醫學圖像不屬於對稱圖像，則根據所述圖像數據，構建所述醫學圖像的頭部皮膚三維模型；
根據所述體數據場，提取所述頭部皮膚三維模型的三維輪廓；
將所述三維輪廓轉換為對稱的二維輪廓後，在所述二維輪廓上測量基彎參數；
根據所述基彎參數，計算基彎值。
進一步的，所述獲取並解析同一序列的醫學圖像，獲得圖像數據，具體為：
獲取同一序列的dicom格式醫學圖像，並根據醫學圖像dicom解析協議，獲得所述圖像數據；其中，所述醫學圖像包含若干張圖片；所述圖像數據包括：圖片數量以及各圖片的尺寸、像素間距、像素數據。
進一步的，所述根據所述圖像數據，構建體數據場，具體為：
根據所述圖片數量和像素間距，確定所述體數據場的新建圖片數量；
根據所述醫學圖像中各圖像的最低位置，以所述像素間距為增量設置所述新建圖片的位置，並根據所述新建圖片的位置，使用像素插值法合成所述體數據場的各新建圖片；
根據各所述新建圖片的位置，構建所述體數據場。
進一步的，所述根據所述圖像數據，構建所述醫學圖像的頭部皮膚三維模型，具體為：
根據所述圖像數據，使用雙閾值分割法提取每張圖片中的頭部皮膚組織數據，再基於mc算法對所述頭部皮膚組織數據進行三維重建，獲得所述頭部皮膚三維模型。
進一步的，所述根據所述體數據場，提取所述頭部皮膚三維模型的三維輪廓，具體為：
經眼瞼角膜過雙側瞳孔對所述頭部皮膚三維模型進行剖面切割，獲取所述頭部皮膚模型與剖切面的交點，依次連接交點繪製出所述三維輪廓。
進一步的，所述過雙側瞳孔對所述頭部皮膚三維模型進行剖面切割，獲取所述頭部皮膚模型與剖切面的交點，依次連接交點繪製出所述三維輪廓，具體為：
在所述頭部皮膚三維模型上選擇雙瞳孔點，過所述雙瞳孔點以垂直屏幕的方向作一個三維平面模擬對表面模型進行剖切，再根據圖形渲染管線中幾何逆變換原理和三維拾取方法，將所述雙側瞳孔點由坐標點變換至三維物體空間坐標，並根據所述雙側瞳孔點以及垂直屏幕的方向，確定虛擬切割平面方程；
遍歷所述體數據場，逐一取所述頭部皮膚三維模型表面的三角面片的兩兩頂點於切割平面的位置進行判斷，若兩頂點分別處於切割平面的不同側，則確定所述兩頂點構成的三角邊與三維平面存在交點；
求取所述頭部皮膚三維模型上三角邊與切割平面的所有交點，依次連接後獲得三維輪廓。
進一步的，在所述判斷所述醫學圖像是否屬於對稱圖像之後，還包括：
如果所述醫學圖像屬於對稱圖像，則選擇所述醫學圖像中包含雙側瞳孔橫斷面圖像，在所述包含雙側瞳孔橫斷面圖像上測量基彎參數；
根據在所述包含雙側瞳孔橫斷面圖像上測量的基彎參數，計算基彎值。
進一步的，在獲取並解析同一序列的醫學圖像之前，還包括：
對所述醫學圖像進行各向異性濾波處理。
實施本發明實施例，具有如下有益效果：
本發明實施例提供一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法，先獲取並解析同一序列的醫學圖像，並構建體數據場和判斷該醫學圖像是否屬於對稱圖像，如果為非對稱圖像，則對該醫學圖像進行三維重建，獲得三維模型，再將三維模型切割成對稱的三維輪廓，並使用空間轉換技術，將三維輪廓轉換為二維輪廓，最後在二維輪廓上測量基彎參數，並根據基彎參數計算相應的基彎值。相比於現有技術只能處理對稱的醫學圖像和無法自動提取圖像輪廓的技術方案，本發明實現了不對稱圖像的基彎數據測量，提高了測量效率和精準度。
進一步的，本發明利用各向異性擴散濾波的方法對醫學圖像進行處理，以此來增加圖像的信噪比和增強圖片的邊緣信息，提高後續測量基彎參數的精確性，進一步提高基彎數據測量的精準度。
附圖說明
圖1是本發明提供的一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法的一種實施例的步驟流程示意圖；
圖2是本發明提供的三維輪廓空間幾何變換示意圖；
圖3是本發明提供的護目鏡於頭顱的位置關係示意圖；
圖4a是本發明提供的不對稱圖像的核磁圖像示意圖；
圖4b是本發明提供的三維重建模型的效果圖；
圖4c是本發明提供的輪廓平面的效果圖；
圖4d是本發明提供的基彎參數bb的長度測量示意圖；
圖4e是本發明提供的基彎參數ab的長度測量示意圖；
圖4f是本發明提供的基彎參數ac的長度測量示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
參見圖1，是本發明提供的一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法的一種實施例的步驟流程示意圖，該方法包括步驟101至步驟108，各步驟具體如下
步驟101：獲取並解析同一序列的醫學圖像，獲得圖像數據，並根據該圖像數據，構建體數據場。
在本實施例中，獲取並解析同一序列的醫學圖像，獲得圖像數據，具體為：獲取同一序列的dicom格式醫學圖像，並根據醫學圖像dicom解析協議，獲得圖像數據；其中，同一序列的醫學圖像包含若干張圖片。圖像數據包括：圖片數量以及各圖片的尺寸、像素間距、像素數據等有效的圖像數據。
在本實施例中，根據圖像數據，構建體數據場，具體為：根據圖片數量和像素間距，確定體數據場的新建圖片數量；根據該醫學圖像中各圖像的最低位置，以像素間距為增量設置所述新建圖片的位置，並根據新建圖片的位置，使用像素插值法合成體數據場的各新建圖片；根據各新建圖片的位置，構建體數據場。
譬如，假設獲取同一序列中的醫學圖像中含有n張圖片，層間距為δz，像素間的距離為δx，則確定體數據場的新建圖片的數量為nδz/δx。然後根據獲取圖像中的最低位sp，以δx為增量設置新建圖片的位置，再根據新建圖片的位置在獲取圖像中查找於新建圖片位置最小的兩張圖片，用這兩張圖片的像素插值合成新建圖片的像素值。最後按照每張新建圖片的位置，構建體數據場。這樣整個三維體數據場被表示為三個正交方向上排列整齊的體素列陣。
在本實施例中，構建後的體數據場可以通過調窗技術，顯示在顯示屏上。
步驟102：判斷該醫學圖像是否屬於對稱圖像；如果該醫學圖像不屬於對稱圖像，則執行步驟103，否則，執行步驟107。
步驟103：根據圖像數據，構建該醫學圖像的頭部皮膚三維模型。
在本實施例中，當確定該醫學圖像為不對稱圖像時，根據圖像數據，構建該醫學圖像的頭部皮膚三維模型，具體為：根據圖像數據，使用雙閾值分割法提取每張圖片中的頭部皮膚組織數據，再基於mc算法對頭部皮膚組織數據進行三維重建，獲得頭部皮膚三維模型。其中，mc算法為現有技術，在此不再贅述。
步驟104：根據該體數據場，提取頭部皮膚三維模型的三維輪廓。
在本實施例中，步驟104具體為：經眼瞼角膜過雙側瞳孔對所述頭部皮膚三維模型進行剖面切割，獲取該頭部皮膚模型與剖切面的交點，依次連接交點繪製出三維輪廓。譬如，在三維頭部模型上選擇雙側瞳孔這兩點，過這兩點以垂直屏幕的方向作一個三維平面模擬對表面模型進行剖切，再根據圖形渲染管線中幾何逆變換原理和三維拾取方法，將雙側瞳孔坐標點變換至三維物體空間坐標，並根據雙側瞳孔兩點以及垂直屏幕的方向，確定虛擬切割平面方程。然後遍歷體數據場，逐一取模型表面的三角面片的兩兩頂點於切割平面的位置進行判斷，若兩頂點分別處於切割平面的不同側，則可確定這兩點構成的三角邊與三維平面有交點。最後，求取模型上三角邊與切割平面的所有交點，依次連接後獲得三維輪廓。
步驟105：將該三維輪廓轉換為對稱的二維輪廓後，在二維輪廓上測量基彎參數。
在本實施例中，步驟105通過三維輪廓空間轉換，將三維輪廓轉化為二維輪廓，主要是通過旋轉使三維輪廓所在面的法向量平行於z坐標軸。具體空間變換如圖2所示，其中，n＝(a，b，c)是輪廓所在面的法向量α和β分別是兩次需要旋轉的角度。α求取方法為：將平面法向量繞x軸旋轉，使法向量n處在xoz平面上，旋轉角α等於原法向量在yoz平面上的投影於z軸的夾角值。β求取方法為：將三維輪廓繞y軸旋轉，使法向量n於z軸重合，旋轉角β等於原法向量在xoz平面上的投影於z軸的夾角值。
在本實施例中，基彎是風片式護目鏡鏡片水平方向的彎度。基彎值的計算公式如下所示：
b＝(n-1)*1000/r
其中，n是護目鏡鏡片材料的折射率，r是該鏡片的曲率半徑。由上式可知，半徑r是計算基彎值的唯一未知參數，也是計算基彎值所必須求解的值。
參見圖3，圖3是本發明提供的對稱輪廓上的基彎參數示意圖。球狀體的半徑r通過正確配戴的護目鏡與頭顱的位置關係進行求解。圖3可以假設為人在配戴護目鏡的情況下拍攝的核磁斷面平行斷層掃描的圖像。其中，圓形表示護目鏡，該圓的位置有b、d、b』和d』四點的位置確定。b和b』分別是左右耳輪上緣做一水平線與耳屏垂直線的交點。d和d』是過瞳孔經角膜頂點做垂線交於護目鏡鏡片的點。c是c』是角膜頂點。cd和c』d』是護目鏡鏡片到角膜頂點的距離，正確配戴框架眼鏡時這個距離為12mm。ac和a』c』是角膜頂點c、c』到bb』的垂直距離。而本發明所指的基彎參數包括：bb』、ab、a』b』、ac和a』c』的長度。
步驟106：根據該基彎參數，計算基彎值。
在本實施例中，步驟106具體為：在bb』上建立x軸，過bb』的中點垂直於bb』建立y軸，從而測量出b、b』、d和d』的坐標。令圓的表達式為ax2+by2＝r2。將四個點的坐標以此帶入該表達式，可計算出曲率半徑r，將r代入基彎計算公式中即可求得基彎值。
步驟107：選擇該醫學圖像中包含雙側瞳孔橫斷面圖像，在包含雙側瞳孔橫斷面圖像上測量基彎參數。
步驟108：根據在包含雙側瞳孔橫斷面圖像上測量的基彎參數，計算基彎值
在本實施例中，如果該醫學圖像屬於對稱圖像，則在冠狀面找到瞳孔的位置，利用圖像不同方向間的交互技術，得到含有雙側瞳孔的橫斷面圖像。然後根據在包含雙側瞳孔橫斷面圖像上測量的基彎參數，求出基彎值，計算過程可參見步驟105至106。
為了更好的說明本發明技術方案，參見圖4a至圖4f，其分別為不對稱圖像基彎值的測量過程示意圖。首先，原不對稱核磁圖像如圖4a所示，對其進行濾波處理後，將得到的圖像數據構建體數據場，再根據體數據場進行三維重建，構建三維模型，效果圖如圖4b所示。然後提取三維輪廓，將三維輪廓轉化為二維輪廓，效果如圖4c所示。再測量基彎參數bb』、ab、a』b』、ac和a』c』，效果圖分別如圖4d、圖4e和圖4f所示。最後，根據基彎參數，計算出曲率半徑r，利用曲率半徑r求得基彎值。
由上可見，本發明實施例提供一種基於醫學圖像的護目鏡基彎數據測量方法，先獲取並解析同一序列的醫學圖像，並構建體數據場和判斷該醫學圖像是否屬於對稱圖像，如果為非對稱圖像，則對該醫學圖像進行三維重建，獲得三維模型，再將三維模型切割成對稱的三維輪廓，並使用空間轉換技術，將三維輪廓轉換為二維輪廓，最後在二維輪廓上測量基彎參數，並根據基彎參數計算相應的基彎值。相比於現有技術只能處理對稱的醫學圖像和無法自動提取圖像輪廓的技術方案，本發明實現了不對稱圖像的基彎數據測量，提高了測量效率和精準度。
進一步的，本發明利用各向異性擴散濾波的方法對醫學圖像進行處理，以此來增加圖像的信噪比和增強圖片的邊緣信息，提高後續測量基彎參數的精確性，進一步提高基彎數據測量的精準度。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。