一种基于3D影像的人体手指形态学对称性分析方法与流程

本发明涉及数字医学技术领域，特别是涉及一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法。

背景技术：

人体形态学研究过程中通常需要测量人体尺寸数据，人体尺寸数据是一项重要的基础数据资源，具有突出的时效性，标准的人体测量学测量过程中，需要采集的数据非常多，需要花费巨大的人力财力。

目前，尚未定义有规范化的手指对称性分析方法，在康复医学领域中，传统的义指制作主要是通过取型、修型、成型三个步骤制成，其中的修型过程是人工操作完成，这种制作义指的方法比较粗糙，制作出来的义指不美观，不利于精确化治疗。

因此，针对现有技术不足，提供一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法以克服现有技术不足甚为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，以人体表面轮廓扫描影像数据为基础，通过三维重建软件和逆向工程软件，经过处理分析，结合统计学分析，挖掘不同数据之间的相关性，能够准确进行手指形态学对称分析。

本发明的目的通过以下技术措施实现。

提供一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，包括以下步骤：

s1，采集左右双侧手指核磁共振断层影像数据；

s2，根据步骤s1得到的左右双侧手指的核磁共振断层影像数据重建双侧完整手指表面轮廓3d影像模型；

s3，将得到的双侧完整手指表面轮廓3d影像模型导入逆向工程软件中进行表面优化处理和缺陷修复，得到双侧手指优化模型；

s4，将双侧手指优化模型进行镜像对齐、拟合，得到拟合模型；

s5，对拟合模型进行3d比较，得出3d偏差结果。

优选的，上述步骤s1应用超导型磁共振成像仪的快速mdixon序列，进行双侧上肢手指核磁共振断层影像数据的采集。通过让需要进行分析的人体俯卧平躺在该核磁扫描仪器上，将双手平直举过头顶，掌心向下，手指正常放松弯曲，将医用摆位沙垫放置于腕关节下方的伸肌以支持带皮下外侧，保持体位不动，进行双侧尚志手指核磁共振断层影像数据的采集。

优选的，上述步骤s2具体是：将步骤s1中采集到的左右双侧手指的核磁共振断层影像数据，以dicom格式导入到医学三维重建软件mimics中，设置灰度值阈值区间为95—280，通过识别掌骨及指骨的骨性结构形态作为标志，保留掌骨上沿及所有指骨部分作为目标模型，对目标模型进行初步分割、填补，保留掌心横切面至指尖段，通过三维计算得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型，并将双侧完整手指表面轮廓3d影像模型以stl格式文件导出。

在对目标模型进行分割截取时，若掌骨部位截取平面处不平整，需要先对截面进行删除、补孔等操作，再进行光滑降噪，避免截面处发生变形，影响后续对3d影像的建模。

优选的，上述定义掌骨由桡侧向尺侧依次设为第一掌骨、第二掌骨、第三掌骨、第四掌骨和第五掌骨，即拇指对应的掌骨为第一掌骨，食指对应的掌骨为第二掌骨，中指对应的掌骨为第三掌骨，无名指对应的掌骨为第四掌骨，小指对应的掌骨为第五掌骨，设第一掌骨与大多角骨连接处的中心点为点a，第二掌骨与小多角骨连接处的中心点为点b，第一掌骨的中轴线与第二掌骨的中轴线所在平面设为平面c，点a和点b连接作一直线d，在直线d上作一平面e，平面e与平面c垂直，平面e作为掌骨部位的截取平面，平面e至中指手指顶端的部分为目标模型。

优选的，上述步骤s2中通过三维计算得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型具体是，目标模型对象通过editmasks工具进行分割、填补，得到左右双侧的包含五指在内的手指mask数据，并对得到的手指mask数据进行3d建模，得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型。

优选的，上述步骤s3具体是：将双侧完整手指表面轮廓3d影像模型的stl格式文件导入逆向工程软件geomagic系列软件之一的wrap中得到三维模型，对三维模型进行表面优化处理，将wrap的光滑降噪程度降到最低级别，删除三维模型上的钉状物，进行三维模型的光顺处理，对三维模型的孔洞缺陷进行修复，删除内部噪声及三维模型冗余三角面片，得到双侧手指优化模型。在优化过程中，为减少主观因素对偏差分析结果的影响，在表面优化处理过程中尽量减少对模型表面的手动主动修复，光滑降噪程度选择较低的级别，先删除钉状物后进行快速光顺，再进行孔洞缺陷修复，修补孔洞选取时按小面积选取，并删除内部噪声及冗余三角面片。

优选的，上述步骤s4具体是：将步骤s3中得到的双侧手指优化模型在geomagicwrap软件中复制一份副本，两个模型分别删除左、右一侧，得到左、右单侧手指的两个模型，取左单侧手指的模型命名为lh模型，取右单侧手指的模型命名为rh模型，在wrap工具中对lh模型和rh模型进行镜像对齐、拟合处理得到拟合模型，将拟合模型导出为“.wrp”格式文件。

优选的，上述步骤s5具体是：将步骤s4中得到的“.wrp”格式文件的拟合模型导入逆向工程软件geomagic系列软件之一的control中，选择分析模式，对导入后的拟合模型进行3d比较，对lh模型和rh模型分别设置好参考模型和测试模型，对比得到3d偏差结果。还可以通过control软件的计算功能进行对模型体积、面积和重心等数据的计算，进而为3d影像模型的建立提供多种数据参考。

优选的，上述3d偏差结果为平均偏差、标准偏差、最大偏差、最小偏差中的至少一种。

本发明的一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，能够准确对人体的左右手指的对称性进行分析，将断层影像数据结合计算机辅助分析软件进行分析操作，进而对对称拟合的数据进行分析，得到双侧手指拟合模型的3d偏差结果，分析结果准确。

本发明的一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，通过利用医用超导型磁共振成像仪mri、三维软件mimics和逆向三维工程geomagic软件，从而获取左右双侧手指的核磁共振断层影像数据，并将左右双侧手指的核磁共振断层影像数据重建成双侧完整手指表面轮廓3d影像模型，对双侧完整手指表面轮廓3d影像模型进行优化、镜像对齐和拟合，最终得到左右双侧手指的拟合模型，对左右双侧手指的拟合模型进行最终的3d比较，得出左右双侧手指的3d偏差结果，运用此基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法对左右双侧手指进行手指对称性分析，分析结果精确。

附图说明

利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法的技术路线流程示意图。

图2是本发明一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法采集得到右手核磁断层影像示意图。

图3是图1中的右手核磁断层影像在mimics中使用渲染工具获取到二维冠状面示意图。

图4是图1的右手核磁断层影像三维重建后的示意图。

图5是本发明一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法的左手手指stl模型导入到geomagic的wrap中处理前的示意图。

图6是本发明一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法的经过初步裁剪后右手三维重建示意图。

图7是本发明一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法的经过对齐拟合处理后的右手的拟合模型示意图。

图8是本发明实施例中对齐拟合后的左手和右手的模型示意图。

图9是对图8进行二次裁剪的示意图。

图10是经过对齐拟合裁剪后的右手模型示意图。

图11是经过对齐拟合裁剪后的左手模型示意图。

图12是模型3d偏差分析的差异显示分布图。

图13是模型3d偏差分析挖掘到的最大偏差、最小偏差、平均偏差和rms估计的数据图。

图14是在wrap软件中对3d模型的体积进行分析的数据图。

图15是在wrap软件中对3d模型的面积进行分析的数据图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。

一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，如图1至图15所示，设置有以下步骤：

s1，采集左右双侧手指核磁共振断层影像数据；

s2，根据步骤s1得到的左右双侧手指的核磁共振断层影像数据重建双侧完整手指表面轮廓3d影像模型；

s3，将得到的双侧完整手指表面轮廓3d影像模型导入逆向工程软件中进行表面优化处理和缺陷修复，得到双侧手指优化模型；

s4，将双侧手指优化模型进行镜像对齐、拟合，得到拟合模型；

s5，对拟合模型进行3d比较，得出3d偏差结果。

本实施例中的步骤s1应用超导型磁共振成像仪的快速mdixon序列，进行双侧上肢手指核磁共振断层影像数据的采集。

本实施例中的步骤s2具体是：将步骤s1中采集到的左右双侧手指的核磁共振断层影像数据，以dicom格式导入到医学三维重建软件mimics中，设置灰度值阈值区间为95—280，通过识别掌骨及指骨的骨性结构形态作为标志，保留掌骨上沿及所有指骨部分作为目标模型，对目标模型进行初步分割、填补，保留掌心横切面至指尖段，通过三维计算得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型，并将双侧完整手指表面轮廓3d影像模型以stl格式文件导出。

在对目标模型进行分割截取时，若掌骨部位截取平面处不平整，需要先对截面进行删除、补孔等操作，再进行光滑降噪，避免截面处发生变形，影响后续对3d影像的建模。

本实施例中的步骤s2中通过三维计算得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型具体是，目标模型对象通过editmasks工具进行分割、填补，得到左右双侧的包含五指在内的手指mask数据，并对得到的手指mask数据进行3d建模，得到双侧完整手指表面轮廓3d影像模型。

本实施例中的步骤s3具体是：将双侧完整手指表面轮廓3d影像模型的stl格式文件导入逆向工程软件geomagic系列软件之一的wrap中得到三维模型，对三维模型进行表面优化处理，将wrap的光滑降噪程度降到最低级别，删除三维模型上的钉状物，进行三维模型的光顺处理，对三维模型的孔洞缺陷进行修复，删除内部噪声及三维模型冗余三角面片，得到双侧手指优化模型。在优化过程中，为减少主观因素对偏差分析结果的影响，在表面优化处理过程中尽量减少对模型表面的手动主动修复，光滑降噪程度选择较低的级别，先删除钉状物后进行快速光顺，再进行孔洞缺陷修复，修补孔洞选取时按小面积选取，并删除内部噪声及冗余三角面片。

本实施例中的步骤s4具体是：将步骤s3中得到的双侧手指优化模型在geomagicwrap软件中复制一份副本，两个模型分别删除左、右一侧，得到左、右单侧手指的两个模型，取左单侧手指的模型命名为lh模型，取右单侧手指的模型命名为rh模型，在wrap工具中对lh模型和rh模型进行镜像对齐、拟合处理得到拟合模型，将拟合模型导出为“.wrp”格式文件。

本实施例中的步骤s5具体是：将步骤s4中得到的“.wrp”格式文件的拟合模型导入逆向工程软件geomagic系列软件之一的control中，选择分析模式，对导入后的拟合模型进行3d比较，对lh模型和rh模型分别设置好参考模型和测试模型，对比得到3d偏差结果。还可以通过control软件的计算功能进行对模型体积、面积和重心等数据的计算，进而为3d影像模型的建立提供多种数据参考。

本实施例中的3d偏差结果为平均偏差、标准偏差、最大偏差、最小偏差中的至少一种。

本实施例的一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，能够准确对人体的左右手指的对称性进行分析，将断层影像数据结合计算机辅助分析软件进行分析操作，进而对对称拟合的数据进行分析，得到双侧手指拟合模型的3d偏差结果，分析结果精确。

本实施例的一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，通过利用医用超导型磁共振成像仪mri、三维软件mimics和逆向三维工程geomagic软件，从而获取左右双侧手指的核磁共振断层影像数据，并将左右双侧手指的核磁共振断层影像数据重建成双侧完整手指表面轮廓3d影像模型，对双侧完整手指表面轮廓3d影像模型进行优化、镜像对齐和拟合，最终得到左右双侧手指的拟合模型，对左右双侧手指的拟合模型进行最终的3d比较，得出左右双侧手指的3d偏差结果，运用此基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法对左右双侧手指进行手指对称性分析，分析结果精确。

实施例2。

一种基于三维重构的人体手指形态学对称性分析方法，其它结构与实施例1相同，不同之处在于：本实施例中对左右双侧手指断层核磁共振影像数据的扫描采集，具体如下：

应用3.0t超导型磁共振成像仪(philips)的快速mdixon序列，让需要进行分析的人体俯卧位平躺在该核磁扫描仪器上，将双手平直举过头顶，掌心向下，手指正常放松弯曲，将医用摆位沙垫放置于腕关节下方的伸肌支持带皮下外侧，保持体位，进行双侧上肢手指mri断层影像数据的采集。

本实施例中的手指表面轮廓三维模型的目标模型对象具体为：掌骨由桡侧向尺侧依次设为第一掌骨、第二掌骨、第三掌骨、第四掌骨和第五掌骨，即拇指对应的掌骨为第一掌骨，食指对应的掌骨为第二掌骨，中指对应的掌骨为第三掌骨，无名指对应的掌骨为第四掌骨，小指对应的掌骨为第五掌骨，设第一掌骨与大多角骨连接处的中心点为点a，第二掌骨与小多角骨连接处的中心点为点b，第一掌骨的中轴线与第二掌骨的中轴线所在平面设为平面c，点a和点b连接作一直线d，在直线d上作一平面e，平面e与平面c垂直，平面e作为掌骨部位的截取平面，平面e至中指手指顶端的部分为目标模型。

实施例的一种基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法，通过利用医用超导型磁共振成像仪mri、三维软件mimics和逆向三维工程geomagic软件，从而获取左右双侧手指的核磁共振断层影像数据，并将左右双侧手指的核磁共振断层影像数据重建成双侧完整手指表面轮廓3d影像模型，对双侧完整手指表面轮廓3d影像模型进行优化、镜像对齐和拟合，最终得到左右双侧手指的拟合模型，对左右双侧手指的拟合模型进行最终的3d比较，得出左右双侧手指的3d偏差结果，运用此基于3d影像的人体手指形态学对称性分析方法对左右双侧手指进行手指对称性分析，分析结果精确。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。