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专利号: 2017100681957
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于ROI和共形几何代数特征不变量的3D颅部图像配准方法,其特征是:包括下列步骤:步骤1:预处理参考图像和浮动图像的轮廓点云,使两个模态的切片层的分辨率和尺寸达到统一;

步骤2:获取参考图像与浮动图像的3D模态数据,从中提取各自的外轮廓离散点云集和 其中v是外轮廓的离散点云;r表示该点云在参考图像中,f表示该点云在浮动图像中;i则表示该点云在在点云集中的序号其中nr,nf分别为参考模态和浮动模态的轮廓点云总数;

步骤3:通过利用两个模态轮廓数据中耳部上端的“耳尖”特殊点,截取两个模态轮廓的有效区域,并使有效区域内两者切片层的厚度达到比例一致,实现两个模态x,y,z轴3个方向的比例一致,这里的比例一致是指统一x,y方向的分辨率后,要将z方向的数据坐标要按照x,y方向变换要求,同比例的缩放;

步骤4:获取参考图像和浮动图像校正后的外轮廓离散点云集 和 其中nr',nf'分别为参考模态和浮动模态校正后的轮廓点云总数;

步骤5:计算两个模态的点云集 各自的“最小投影单位球”的第一几何不变量,得到单位球的球心or和of,并有浮动模态相对于参考模态的平移量Δ=or-of,得到平移量Δ后将两个模态的点云集平移到以各自的球心为原点;

步骤6:计算两个模态的点云集 到各自的“最小投影单位环”的第二几何不变量,并分别用符号ar-min、af-min表示其点云集到单位环距离和的最小值特征轴,符号ar-max、af-max表示其点云集到单位环距离和的最大值特征轴;

步骤7:计算上一步骤得到的两个模态对应4个特征轴ar-min、af-min、ar-max、af-max,并构造旋转算子T=T2T1,其中T1是利用“和最小”确定的参考模态和浮动模态的两根特征轴ar-min、af-min计算得出,其表达式为:T1=ar-min·η1 (1)

上式中

T2是利用“和最大”确定的参考模态和浮动模态的两根特征轴ar-max、af-max计算得出,其表达式为:T2=ar-max·η2 (2)

上式中

步骤8:最后,利用旋转算子T实现几何变换,完成浮动模态相对于参考模态的配准。

2.根据权利要求1所述的基于ROI和共形几何代数特征不变量的3D颅部图像配准方法,其特征是:步骤5和步骤6中第一几何不变量、第二几何不变量的具体获取方法是:(1)在圈定感兴趣区域并三维重构后,颅部的轮廓体仍可以视为刚体G,G是由n'个质点vi组成,即 在几何代数空间下,n'则表示有效配准区域的轮廓点云总数,任意的轮廓点云可以表示为vi=xie1+yie2+zie3;i为点云在点云集中的序号,e1、e2、e3分别表示几何代数空间下的三个基矢量;

(2)设颅部空间中有一个单位球Q,列出点云集到球心距离的平方和表达式;

(3)点云集到“最小单位球”球心的距离和最小,利用多元函数求最值的方式,计算得单位球球心为or、of,确定“第一几何不变量”,并得到偏移量;

(4)设颅部空间中有一个单位环C,列出点云集到单位环上的距离的平方和表达式;

(5)使用拉格朗日求最优解方式,确定“第二几何不变量”。