[发明专利]一种包含中国人群差异的三维可交互式解剖教学方法有效

专利信息
申请号: 201711097463.4 申请日: 2017-11-09
公开(公告)号: CN107993293B 公开(公告)日: 2021-01-05
发明(设计)人: 王洪凯;张楠;孙孝邦 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: G06T19/20 分类号: G06T19/20;G06T17/00;G06F3/0484;G06F9/451;G09B5/02
代理公司: 大连理工大学专利中心 21200 代理人: 温福雪;侯明远
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要: 发明公开了一种包含中国人群差异的三维可交互式解剖教学方法。该方法可通过计算机本地软件和Web端浏览器实现三维可视化解剖形变模型交互式操作,实现人与人之间的解剖形态变化差异学习,达到辅助解剖学教育的目的。本发明采用的技术方案分两部分,一是使用可变形模型技术根据大量医学影像获得可形变的人体解剖学模型,通过该数字模型的变形反映不同人的解剖学差异;二是用计算机本地软件和Web端浏览器构建人体形变模型交互式教学系统,实现解剖学形变模型的形变及模型缩放、角度旋转等交互式操作。该教学软件系统的Web端版本不依赖于平台或操作系统,仅通过浏览器完成模型的显示,实现跨平台、跨操作系统的使用和灵活的交互式操作。
搜索关键词: 一种 包含 中国 人群 差异 三维 交互式 解剖 教学方法
【主权项】:
一种包含中国人群差异的三维可交互式解剖教学方法,其特征在于,步骤如下:第一步,人体解剖学可变形模型的构建人体解剖学可变形模型构建使用的人体解剖学可形变模型的影像数据来自于被诊断为无临床症状的个体,影像数据经筛选确保在年龄、身高、体重的均匀分布;依据收集的影像数据构建人体解剖学可变形模型,包括活体解剖学信息和中国人群样本信息;所述的中国人群样本信息包括人体所有器官或组织的人与人之间差异变化、所有器官或组织的健康与病态差异变化;人体解剖学可变形模型的构建采用统计形状训练算法,从大量医学影像中训练得到人群中的三维解剖学差异的变形分量;通过人体解剖学可变形模型反映出的中国人群解剖结构变化,并将其用于解剖教学系统;人体解剖学可变形模型的构建方法:从大量医学影像中训练得到人群中的三维解剖学差异的变形分量分为图像分割、模版配准、统计模型三个步骤;图像分割:将筛选得到的影像数据中的器官分割得到所有器官和组织的三维区域划分,分割结果以三维曲面呈现;模版配准:然后采用点云配准算法,将标准的人体三维模型与图像分割得到的三位区域进行配准,依次得到个体之间器官表面点云的解剖位置对应关系;统计模型:基于所有个体配准结果,通过统计形状模型算法得形变模型及形变分量;人体解剖学形变模型表示为X=X‾+Σm=1cbmφm---(1)]]>其中:表示解剖学平均模型,由模型曲面的顶点坐标构成;[φ1,φ2,...,φc]为形变分量,是通过统计形状模型算法由训练数据集中学习得到;b=[b1,b2,...,bc]为形状系数,由用户在Web界面上调节其取值大小;X为人体解剖学形变模型的个性化形状,在形变分量已知的情况下,X的形状通过调节形状系数来控制其产生变化;为了控制模型的变形保持在合理的幅度之内,每个形变分量bm取值为λm为主成份分析特征值;第二步,基于计算机本地软件或Web端浏览器实现人体解剖学可变形模型的交互式观察交互界面上的人体解剖学可变形模型功能展示方式描述如下:第一,设置网页标签与元素构成网页基础结构;第二,设置渲染场景模块:场景包括可调整的光源、人体解剖学形变模型、用于用户交互操作模型的交互式控制栏以及模型以外的背景物体;实现人体解剖学可变形模型的形变调控在于,将交互式控制栏的控制变量与模型形变分量的形状系数关联:首先,加载人体解剖学形变模型的初始状态平均模型和形变分量模型,分别对应公式(1)中的和φ1,φ2,...,φn,其中n为变形分量的个数,由于前五大形变差基本上包含了人与人之间解剖学差异,因此本方法中选取的形变分量和形状系数为各个器官的前五大形变;其次,设置交互式控制栏,在交互式控制栏中添加每个器官形变分量对应的形状系数b1,b2,...,bn作为控制栏变量,形状系数个数与形变分量个数一致,在本方法中选取五个;最后,在不断被调用的网页回调函数中设置显示模型X,依据公式(1)将界面显示的人体解剖学形变模型与控制栏的形状系数变量关联在一起,达到在网页端调节控制栏变量,页面显示的人体解剖学形变模型发生对应解剖学形变的效果;第三,设置网页显示内容:通过调节网页显示不同的场景位置、视野和角度,达到从不同角度、远近观察人体解剖学形变模型的效果;Web端人体解剖学形变模型系统的交互式观察包括:可视化选择功能、形变调节模型功能、缩放功能、旋转角度功能与平移功能;可视化选择功能:每个器官或组织模型具有可视化选项功能,通过勾选交互式状态栏中某器官或组织模型可视化选项,达到调控该模型是否可见的效果;形变调节模型功能:通过控制栏中每个器官或组织模型的形变分量调控,每个器官或组织模型做出相应的解剖学变化;缩放功能:电脑端通过鼠标滚轮向前为放大向后为缩小,平板及手机触控端通过两指控制缩放;旋转角度功能:电脑端鼠标左键直接拖拽模型控制模型角度的旋转,平板及手机触控端通过单指控制缩放;平移功能:电脑端鼠标右侧拖拽实现模型的平移功能;人体解剖学形变模型的控制栏设计为“器官”栏,包括人体器官标签和是否可见的“器官可视化”可选项;对于每个器官或组织,均有可视化设置与多个形变分量可调,以此便可调节各器官或组织在显示界面的可视化设置与解剖学形变方向和大小;控制栏中可视化设置有两个状态,控制的器官或组织可见或不可见,为方便用户观察解剖模型,所有可视化设置初始状态均默认为可见;多个形变分量按照依次减小的主成份分析权重排列,并且各分量初始状态0为平均模型状态。
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