[发明专利]基于兼容性网格分割的骨骼参数计算方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形技术领域，特别是涉及特征点与模板引导的骨骼网格模型的兼容性分割和基于分割结果的参数计算方法。 

背景技术

在医学领域，精确的骨骼形态参数对指导手术和假体制造具有非常重要的意义。尤其是股骨的形态和尺寸大小的变化范围是假体系列化、标准化设计的根据和基础，在人工髋关节置换和断骨配准复位等骨科手术中发挥着重要作用。 

测量骨骼参数是医学图像处理中的重要研究内容之一，同时又是一个经典难题。骨骼参数难以测量的主要原因在于它的几何特性非常复杂，形状多具不规则性。此外，重建三维骨骼模型的数据大都来源于医院提供的MRJ或CT图像，这些图像中一部分受到严重的噪声污染，而且一些病变骨头根据病情不同，呈现不同程度的变形、塌陷或缺损。所以，对存在一定数据残缺或畸变的受污染骨骼模型进行高效精确的测量很困难。 

有关骨骼的参数测量,国内外已有不少文献报导,大部分文献使用的测量方法,无论是利用X光片还是CT测量,主要依据的是一种2D投影图像而忽视了骨骼模型的3D整体特性，本质上都属手工测量,由于受成像方式或测量方法等因素的影响,不容易测得客观准确的结果。也有少数文献提出了基于X光片的自动测量方法或利用反求工程软件进行计算,在一定程度上提高了测量效率和精度，但计算框架相当复杂，尤其当涉及大批量骨骼模型的参数测定时，所需成本很高。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于兼容性网格分割的骨骼参数计算方法，该方法使得用户能够对结构相似的同类骨骼模型实现快速兼容性分割，然后根据网格分割结果计算出骨骼的主要参数。与传统测量方法相比较,无论是精度上还是效率上都有所提高，尤其适合于大批量骨骼模型的参数测定。 

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是： 

一种基于兼容性网格分割的骨骼参数计算方法，其特征在于：首先在特征点提取的基础上对人体骨骼的3D网格模型进行医学语义分割；分割得到的模板再指导同类的其它骨骼模型进行快速兼容性分割；最后根据网格分割结果计算出骨骼的主要参数， 

首先， 在特征点提取的基础上对人体骨骼的3D网格模型进行医学语义分割，包括以下步骤：

 步骤S01：结合特定医学先验知识对骨骼模型提取一些特征点；

步骤S02：基于特征点对骨骼模型进行符合医用的分割，即符合医用理解的有意义分割；

然后， 分割得到的模板再指导同类的其它骨骼模型进行快速兼容性分割，包括以下步骤：

步骤S03：将已完成分割的模型作为模板A, 正待分割的同类骨骼模型作为目标B;

步骤S04：在模板A与目标模型B之间进行基于Laplacian变形的非刚性配准；

步骤S05：对于模板曲面A上的每个特征点p，在配准过的目标曲面B上找出对应的特征点q；

步骤S06：目标模型B在相应特征点q的指导下进行快速分割。

最后，根据网格分割结果计算出骨骼的主要参数，包括以下步骤： 

步骤S07：对于已成功分割成若干区域的骨骼模型, 用类球体、类圆柱体等基本形状来模拟一些区域，并计算出相关参数;

步骤S08：根据特征点及计算出的参数对骨骼模型建立一个子区域邻接图，存储相关信息，将骨骼模型的结构性描述转化成一种语义描述。

所述对骨骼模型提取的特征点有四类：突出特征点、边界特征点、中心顶点和用户选择点。就股骨骼而言，其用户选择点为股骨颈点。它们将在后续的网格分割中各尽其能，其中检测突出特征点的具体步骤为： 

步骤i01：对网格模型挑选一个中心顶点；

步骤i02：计算每个网格顶点到中心顶点的测地距离；

步骤i03：计算每个网格顶点的局部深度值；

步骤i04： 综合顶点的测地距离值和局部深度值，定位网格模型的突出特征点。

所述局部深度值是指某个顶点相对于邻居顶点的最大高度差。顶点v与某个邻居顶点的高度差可近似为连接这两个顶点的矢量在顶点v的法线向量上的投影。 

所述网格模型的突出特征点的检测条件是：该顶点到模型中心顶点的测地距离是其邻域内的局部最大值并且该顶点的局部深度值为负的较小值。 

所述基于特征点对骨骼模型进行符合医用的分割的具体步骤为： 

步骤t01：将每个网格顶点的区域号初始为-1,即分割后边界点的区域号保持为-1；

步骤t02：依次将中心顶点、用户选择点与每一个突出特征点作为种子进行区域扩展即分水岭算法中的浸没操作。