股骨三维模型可视化方法

摘要

股骨三维模型可视化方法，涉及图像处理领域，它为了解决现有采用直接数字X光图像DR无法获取三维空间信息，而采用CT由于体积庞大不适于在突发情况下的骨折影像显示的问题，它包括以下步骤：步骤一、建立通用股骨三维模型；步骤二、对待建模的股骨正位DR图像和股骨侧位DR图像进行预处理；步骤三、确定正位图像的配准变换关系，确定侧位图像的配准变换关系；步骤四、实现待建模的股骨的三维姿态估计，完成股骨三维模型姿态的可视化。本发明利用双平面DR图像实现股骨的三维模型可视化，成像迅速。适用于股骨三维影像显示。

主权项

股骨三维模型可视化方法，其特征在于，它包括以下步骤：步骤一、建立通用股骨三维模型，通过通用股骨三维模型的正位投影获取通用股骨的正位股骨三维模型投影轮廓，通过通用股骨三维模型的侧位投影获取通用股骨的侧位股骨三维模型投影轮廓；步骤二、对待建模的股骨正位DR图像和股骨侧位DR图像进行预处理，提取股骨正位DR图像中的股骨边缘轮廓获得正位股骨边缘轮廓，提取股骨侧位DR图像中的股骨边缘轮廓获得侧位股骨边缘轮廓；步骤三、对步骤二提取的待建模的股骨正位DR图像的边缘轮廓与步骤一所述的通用正位股骨三维模型投影轮廓进行仿射配准，确定正位图像的配准变换关系；对步骤二提取的待建模的股骨侧位DR图像的边缘轮廓与步骤一所述的通用侧位股骨三维模型投影轮廓进行仿射配准，确定侧位图像的配准变换关系；正位图像的配准变换关系和侧位图像的配准变换关系包含了八个自由度的配准参数{α,β,t_x,t_y,t_z,s_x,s_y,s_z}，其中α为绕X轴的旋转角度、β为绕Y轴的旋转角度、t_x为沿X轴的平移量、t_y为沿Y轴的平移量、t_z为沿Z轴的平移量、s_x为沿X轴的比例系数、s_y为沿Y轴的比例系数和s_z为沿Z轴的比例系数；变换关系的获取过程为：步骤三一一、由待建模的股骨边缘轮廓上的点构成参考图像点集P，P＝{p₁,p₂,...,p_i}，i＝1,2,...n，n为正整数；由通用股骨三维模型投影轮廓上的点构成浮动图像点集Q，Q＝{q₁,q₂,...,q_i}，并对两个点集进行采样，保证数据量相等；步骤三一二、将参考图像点集P与浮动图像点集Q代入公式(15)中，依据最小二乘准则进行参数优化，获得α,β,t_x,t_y,t_z,s_x,s_y,s_z共八个自由度的配准变换参数；$(\alpha ,\beta ,t_x,t_y,t_z,s_x,s_y,s_z)=\arg \min \left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left|\right|p_i-(S_{2\times 2}{R}_{2\times 2}{q}_i+T_{2\times 1})\left|\right|}_2^2\right)---\left(15\right)$其中S_2×2为二维比例变换矩阵，R_2×2为二维旋转变换矩阵，T_2×1为二维平移向量，$q_i=\left[\begin{array}{c}{x}_i\\ y_i\end{array}\right]$为浮动点集中某点的二维坐标向量，$p_i=\left[\begin{array}{c}{a}_i\\ b_i\end{array}\right]$为参考点集中某点的二维坐标向量；对于股骨的正位图像，得到正位图像的配准变换关系的具体表达式为：$S_{\mathrm{AP}}{R}_{\mathrm{AP}}{q}_i+T_{\mathrm{AP}}=\left[\begin{array}{cc}{s}_y& 0\\ 0& s_z\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos \alpha & -\sin \alpha \\ \sin \alpha & \cos \alpha \end{array}\right]q_i+\left[\begin{array}{c}{t}_y\\ t_z\end{array}\right]---\left(16\right)$对于股骨的侧位图像，得到侧位图像的配准变换关系的具体表达式为：$S_{\mathrm{LAT}}{R}_{\mathrm{LAT}}{q}_i+T_{\mathrm{LAT}}=\left[\begin{array}{cc}{s}_x& 0\\ 0& s_z\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cos \beta & \sin \beta \\ -\sin \beta & \cos \beta \end{array}\right]q_i+\left[\begin{array}{c}{t}_x\\ t_z\end{array}\right]---\left(17\right)$步骤四、根据步骤三获得的正位图像的配准变换关系和侧位图像的配准变换关系确定股骨三维模型的姿态，实现股骨的三维模型的可视化。