[发明专利]一种全髋关节裸眼三维虚拟置换方法

权利要求书

1.一种全髋关节裸眼三维虚拟置换方法，其特征在于，包括下列步骤：

1.1建立全髋关节裸眼三维显示系统：全髋关节裸眼三维显示系统由处理器(1)、立体显示屏(2)和Leap Motion体感控制器(6)组成，立体显示屏(2)和Leap Motion体感控制器(6)均与处理器(1)连接；处理器(1)配置有三维计算机图像处理及可视化软件系统VTK和高性能光线追踪应用程序框架Optix；立体显示屏(2)采用视点数量为奇数N、分辨率为W×H的柱透镜光栅立体显示屏；

1.2利用集成成像技术显示髋关节的裸眼三维影像(5)，包括下列步骤：

1.2.1将髋关节CT图像序列输入处理器(1)；

1.2.2利用处理器(1)中VTK的体绘制方法，重建髋关节三维模型；

1.2.3利用处理器(1)中Optix的虚拟相机阵列和实时光线投射渲染器，为髋关节三维模型拍摄虚拟视点图像阵列，其中虚拟相机阵列中的虚拟相机数量与虚拟视点图像阵列中的虚拟视点图像数量均为N，每幅虚拟视点图像的分辨率均为W×H；

1.2.4利用虚拟视点图像阵列，生成二维合成图(4)并在立体显示屏(2)上全屏显示，二维合成图(4)发出的光线穿过立体显示屏(2)内部的柱透镜光栅(3)后，形成髋关节的裸眼三维影像(5)，实现髋关节集成成像；

1.3虚拟置换髋臼与股骨头区域，包括下列步骤：

1.3.1利用处理器(1)中VTK的三维可视化界面，通过手动方式对髋关节三维模型进行髋臼与股骨头分割；

1.3.2将髋臼假体三维模型输入处理器(1)，利用VTK的三维可视化界面，通过手动方式置换髋关节三维模型的髋臼区域，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，更新髋关节的裸眼三维影像(5)；

1.3.3将股骨头假体三维模型输入处理器(1)，利用VTK的三维可视化界面，通过手动方式置换髋关节三维模型的股骨头区域，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，更新髋关节的裸眼三维影像(5)；

1.4手势交互(7)控制立体显示屏(2)显示的髋关节裸眼三维影像(5)，立体显示屏(2)显示每一帧画面包括下列步骤：

1.4.1手掌运动，其运动方式包括：手掌收放、手掌旋转、拇指运动、食指运动；

1.4.2利用Leap Motion体感控制器(6)，判断手势类型：如果手掌收放，则执行步骤1.4.3；如果手掌旋转，则执行步骤1.4.4；如果拇指运动，则执行步骤1.4.5；如果食指运动，则执行步骤1.4.6；

1.4.3改变Optix的虚拟相机阵列拍摄距离，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，缩放髋关节的整体裸眼三维影像(5)；其中如果手掌收紧，则缩小虚拟相机阵列的拍摄距离，拍摄距离的缩小幅度与手掌的收紧程度成正比；如果手掌放开，则增大虚拟相机阵列的拍摄距离，拍摄距离的增大幅度与手掌的放开程度成正比；

1.4.4绕髋关节三维模型的中心旋转Optix的虚拟相机阵列，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，旋转髋关节的整体裸眼三维影像(5)；其中虚拟相机阵列的旋转方向与手掌的旋转方向相同，虚拟相机阵列的旋转角度与手掌的旋转角度成正比；

1.4.5绕髋关节三维模型的髋臼中心旋转髋臼区域，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，旋转髋关节的裸眼三维影像(5)中的髋臼部分；其中髋臼区域的旋转方向与拇指的运动方向相同，髋臼区域的旋转角度与拇指的运动距离成正比；

1.4.6绕髋关节三维模型的股骨头中心旋转股骨头区域，执行步骤1.2.3、步骤1.2.4，旋转髋关节的裸眼三维影像(5)中的股骨头部分；其中股骨头区域的旋转方向与食指的运动方向相同，股骨头区域的旋转角度与食指的运动距离成正比。