[发明专利]一种用于虚拟手术术前规划的三维重建系统

摘要

本发明属于医学图像技术领域，特别针对虚拟手术系统的术前规划。本发明通过对CT或MRI图像进行预处理，把经过去噪、平滑及增强后的图像进行图像分割，分割后引入空洞处理，力求图像完整不缺少信息。再将分割后的完整图像进行三维重建，三维重建技术采用改进的MC算法，在原有算法15中基本拓扑构型基础上增加了9种，弥补了原有算法连接问题的不足，促使拟合曲面更加完整不易产生空洞，最后引入了光滑处理，使拟合后的曲面光滑平整，重建后的模型可以直接用于后面虚拟手术切割和碰撞检测应用。本发明用于虚拟手术术前规划，可以更加直观方便的分析病灶部位，在对医生进行培训时，直观明确的分析了病情，提高了手术成功几率，降低了手术风险。

主权项

1.一种用于虚拟手术术前规划的三维重建系统，由C++搭载MITK平台编程开发，其特征在于系统由五大模块组成：获取数据模块(1)、预处理模块(2)、图像分割模块(3)、三维重建模块(4)和可视化显示模块(5)；其中：所述获取数据模块(1)是系统输入的起点，把患者病灶部位的扫描图像输入其中，用来获取CT或MRI数据并且为下一步预处理做准备，格式应为DICOM格式；所述预处理模块(2)包括：去噪模块(2.1)、增强模块(2.2)以及平滑模块(2.3)，由数据获取模块(1)中获取的图像首先在去噪模块(2.1)中进行拉普拉斯去噪，去除多余冗杂的干扰；去噪后的图像进入增强模块(2.2)把弱化的图像进行增强处理；增强后的图像进入平滑模块(2.3)把不规则的图像平滑处理；所述图像分割模块(3)包括：手动分割模块(3.1)和空洞处理模块(3.2)，预处理过后的图像进入图像分割模块(3)，在手动分割模块(3.1)中手动选取分割区域，在病灶部位手动分割为下一步重建做好准备；分割之后为了防止产生空洞，所以引入空洞处理模块(3.2)，来预防分割时边缘会产生“空洞”；所述三维重建模块(4)采用改进的MC算法(4.1)，在原有经典MC算法的15种基本拓扑结构基础上新增加了9种新的拓扑构型，由图像分割模块(3)分割后出来的图像进入三维重建模块(4)来进行三维重建，在本模块中处理中，首先建立一个三角剖分拓扑构型查找表，即在原有经典MC算法中的查找表基础上改进的查找表，它包含256个索引项，每个索引项包含索引、图形性质、以及指向24种三角剖分拓扑构型结构的指针，改进的MC算法(4.1)的主要步骤如下：a.依次扫描相邻两层数据，逐个构造立方体；b.将立方体每个顶点的灰度值和给定等值面阈值进行比较，计算索引值；c.对于含有等值面的立方体，用灰度差分计算其顶点的梯度；d.由索引值查改进后的查找表，获得和等值面有交点的当前立方体的相交边；e.根据相交边的两顶点及其法向量，通过插值计算等值点坐标和法向量；f.根据索引值查改进扩充的三角片查找表，确定当前立方体内构成三角片的等值点的组合方式；g.由各立方体内的三角片构成等值面；h.系统检测等值面是否光滑，若不光滑则进入光滑处理步骤，完善表面模型；所述可视化显示模块(5)是系统最后一步，其显示由C++搭载MITK平台上可视化算法开发，上述三维重建模块(4)中经过改进的MC算法模块(4.1)重建后的图像在本模块中可视化立体显示。