一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法

摘要

一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法,包括步骤有：步骤一、获取对象的双侧乳房MRI断层影像数据；步骤二、根据步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据对双侧乳房表面轮廓模型三维重建，得到双侧乳房表面轮廓三维模型；步骤三、将步骤三得到的双侧乳房表面轮廓三维模型进行优化处理，得到双侧乳房优化模型；步骤四、将步骤三得到的双侧乳房优化模型进行分离镜像对齐拟合操作，得到最佳对齐拟合重叠模型；步骤五、将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型进行分析，得到分析结果。该基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法通过MRI断层成像技术及三维重建技术，避免了主观性操作，从而提高了测量的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及人类形态学对称性偏差分析技术领域，特别涉及一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法。

背景技术

乳房是人体拥有高度对称三维立体结构的体表器官，解剖结构十分复杂。在医学妇产科领域中，传统方法进行乳房再造往往需要通过取模、修型、成型三个步骤完成的，其中修形步骤需要人工操作完成，这种制作方法比较粗糙，制作出来的假体不美观。在临床上，乳腺肿瘤患者在已经接受或将要接受外科治疗，往往遗留乳房的部分或全部缺损，给患者形体及心理造成巨大创伤。例如：乳腺癌根治术，乳腺癌改良根治术，乳腺癌部分切除术，保留皮肤的乳房切除术及预防性乳房切除术，另外对于良性乳腺肿瘤患者也同样会遇到乳房部分甚至全部切除的苦恼，这些烦恼可通过乳房再造解决问题。

但是现有技术中在乳房再造中乳房形态数据，主要是通过人工测量并进行人工对比分析得到，然而人工测量和人工对比分析中存在较多主观性操作，往往会引起不可避免的误差。

因此，针对现有技术不足，提供一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法以解决现有技术不足甚为必要。

发明内容

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影像的女性乳腺形态学对称性分析方法。该基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法避免了主观性操作从而提高了测量的准确度。

本发明的上述目的通过以下技术措施实现：

提供一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法，包括步骤有：

步骤一、获取对象的双侧乳房MRI断层影像数据；

步骤二、根据步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据对双侧乳房表面轮廓模型三维重建，得到双侧乳房表面轮廓三维模型；

步骤三、将步骤三得到的双侧乳房表面轮廓三维模型进行优化处理，得到双侧乳房优化模型；

步骤四、将步骤三得到的双侧乳房优化模型进行分离镜像对齐拟合操作，得到最佳对齐拟合重叠模型；

步骤五、将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型进行分析，得到分析结果。

优选的，上述步骤一具体为采集通过磁共振成像设备，设置影像扫描序列、扫描层厚、断层MRI影像分辨率及影像层数，并使对象在磁共振成像设备中，进行双侧乳房表层形态MRI断层影像数据的采集，导出为DICOM格式数据，得到对象双侧乳房MRI断层影像数据。

优选的，上述步骤二具体为将步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据导入医学三维重建软件中，设置阈值、灰度值，然后重建双侧乳房完整的表面轮廓3D影像模型，然后识别解剖位标志结构，并进行初步分割、修补，去除冗余结构及噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界，然后进行重件计算得到双侧乳房表面轮廓三维模型。

优选的，上述步骤三具体为将步骤二得到的双侧乳房表面轮廓三维模型导入三逆向工程软件，依次进行表面优化、去噪、加强、删除钉状物、光顺及缺陷修复，得到双侧乳房优化模型。

优选的，上述步骤四包括有：

步骤4.1、将步骤三得到的双侧乳房优化模型复制一份副本，得到两份双侧乳房优化模型，将其中一份双侧乳房优化模型命名为LH优化模型，另一份则命名为RH优化模型，在LH优化模型中删除右侧乳房部分得到左侧乳房的模型文件，定义为LH处理文件；在RH优化模型中删除左侧乳房部分得到右侧乳房的模型文件，定义为RH处理文件，进入步骤4.2；

步骤4.2、在逆向工程软件中选择“工具”工作栏，并在“工具”工作栏中选择“镜像”操作，将LH处理文件和RH处理文件进行左右侧镜像拟合，进入步骤4.3；

步骤4.3、选择“对齐”工作栏，并在“对齐”工作栏中选择“最佳拟合对齐”操作，设置采样大小、公差，并选择高精度拟合，得到双侧乳房模型镜重叠在一起的最佳对齐拟合重叠模型。

优选的，上述步骤五具体为将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型导入逆向工程软件，选择“分析”模式，进行3D比较分析操作，将最佳对齐拟合重叠模型中的一侧乳房模型定义为参考模型，另一侧乳房模型定义为测试模型，选择显示结果为颜色参考，得到分析结果。

优选的，上述步骤二包括有：

步骤2.1、将步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据导入医学三维重建软件中，在医学三维重建软件的Segmentation模块下，通过Thresholding工具，设置阈值、灰度值；

步骤2.2、初步分割图像后，利用Edit Masks工具分割侧胸部平面到腋前线外侧顶点部分，截取平面为胸部乳房上下顶点的结合交叉平面，得到双侧乳房Mask文件；

步骤2.3、对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界；

步骤2.4、通过三维软件重建计算得到双侧乳房表面轮廓三维模型。

在所述步骤2.3中，

当所述双侧乳房优化模型的胸部平面和乳房上下交叉截面不平整，先对截面进行去噪操作后，再对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界；

当所述双侧乳房优化模型的胸部平面和乳房上下交叉截面平整则，直接对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界。

优选的，上述分析结果为偏差结果、偏差数值及计算结果；

优选的，上述偏差结果、偏差数值通过逆向工程软件的分析模块下进行3D比较得到；

优选的，上述计算结果通过逆向工程软件的计算功能得到；

优选的，上述偏差数值为平均偏差、标准偏差、最大偏差或者最小偏差中的至少一种；

优选的，上述计算结果为双侧乳房模型体积、面积和重心。

优选的，上述最佳对齐拟合重叠模型的格式为wrp格式。

优选的，上述双侧乳房优化模型的格式为三维工程STL格式文件。

优选的，上述对象双侧乳房MRI断层影像数据的格式为DICOM格式数据。

优选的，上述逆向工程软件为Geomagic软件。

优选的，上述磁共振成像设备为西门子Verio 3.0T医用磁共振成像设备。

优选的，上述医学三维重建软件为Mimics Research 19.0。

优选的，上述阈值为158～1612。

优选的，上述灰度值158～1612。

优选的，上述影像扫描序列为T1_mprage_sag_p2_iso。

优选的，上述扫描层厚为0.8mm。

优选的，上述断层MRI影像分辨率为0.7*0.7*0.8。

优选的，上述影像层数为224层。

本发明的一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法,包括步骤有：步骤一、获取对象的双侧乳房MRI断层影像数据；步骤二、根据步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据对双侧乳房表面轮廓模型三维重建，得到双侧乳房表面轮廓三维模型；步骤三、将步骤三得到的双侧乳房表面轮廓三维模型进行优化处理，得到双侧乳房优化模型；步骤四、将步骤三得到的双侧乳房优化模型进行分离镜像对齐拟合操作，得到最佳对齐拟合重叠模型；步骤五、将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型进行分析，得到分析结果。该基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法通过MRI断层成像技术及三维重建技术，避免了主观性操作，从而提高了测量的准确度。本发明的可视化强、形象生动，操作直观，同时使整个流程精准无误。

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为一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法流程图。

图2为双侧乳房MRI断层影像数据的示意图。

图3为在步骤2.2中经过Edit Masks工具裁剪后的二维矢状面示意图。

图4为中的(a)为3D建模后的左右乳房模型近距离形态对比图，b)为经过Mimics环境中进行初步滤波、降噪后的空间形态对比示意图。

图5为双侧乳房表面轮廓三维模型的示意图。

图6为双侧乳房优化模型的示意图。

图7为经过左右侧镜像拟合后的模型示意图。

图8为最佳对齐拟合重叠模型的示意图。

图9为3D偏差分析结果的示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1。

一种基于3D影像的女性乳腺形态学对称性分析方法，如图1，包括步骤有：

步骤一、获取对象的双侧乳房MRI断层影像数据；

步骤二、根据步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据对双侧乳房表面轮廓模型三维重建，得到双侧乳房表面轮廓三维模型；

步骤三、将步骤三得到的双侧乳房表面轮廓三维模型进行优化处理，得到双侧乳房优化模型；

步骤四、将步骤三得到的双侧乳房优化模型进行分离镜像对齐拟合操作，得到最佳对齐拟合重叠模型；

步骤五、将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型进行分析，得到分析结果。

其中，步骤一具体为采集通过磁共振成像设备，设置影像扫描序列、扫描层厚、断层MRI影像分辨率及影像层数，并使对象在磁共振成像设备中，进行双侧乳房表层形态MRI断层影像数据的采集，导出为DICOM格式数据，得到对象双侧乳房MRI断层影像数据，如图2，并将对象双侧乳房MRI断层影像数据导出为DICOM格式数据，并将该数据刻录于光盘，完成影像数据采集工作。

需要说明的是，本发明对象在磁共振成像设备中进行数据采集时，对象应平躺磁共振成像设备中，并静息状态，并保持固定体位姿势。

本发明的磁共振成像设备具体为西门子Verio 3.0T医用磁共振成像设备。其中，影像扫描序列为T1_mprage_sag_p2_iso；扫描层厚为0.8mm；断层MRI影像分辨率为0.7*0.7*0.8；影像层数为224层。

其中，步骤二具体为将刻有双侧乳房MRI断层影像数据的光盘读入计算机，将双侧乳房MRI断层影像数据导入医学三维重建软件Mimics Research 19.0中，设置阈值为158～1612、灰度值为158～1612，然后重建双侧乳房完整的表面轮廓3D影像模型，然后识别解剖位标志结构，并进行初步分割、修补，去除冗余结构及噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界，然后进行重件计算得到双侧乳房表面轮廓三维模型，如图3至5。其中，双侧乳房优化模型的格式为三维工程STL格式文件。

更具体的是，本发明步骤二进一步包括有：

步骤2.1、将步骤一得到的双侧乳房MRI断层影像数据导入医学三维重建软件中，在医学三维重建软件的Segmentation模块下，通过Thresholding工具，设置阈值、灰度值，其中阈值为158～1612，灰度值158～1612；

步骤2.2、初步分割图像后，利用Edit Masks工具分割侧胸部平面到腋前线外侧顶点部分，截取平面为胸部乳房上下顶点的结合交叉平面，得到双侧乳房Mask文件；

步骤2.3、对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界；

步骤2.4、通过三维软件重建计算得到双侧乳房表面轮廓三维模型。

本发明在步骤2.3中，

当双侧乳房优化模型的胸部平面和乳房上下交叉截面不平整，先对截面进行去噪操作后，再对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界，防止因在截面处发生变形失真影响最终结果；

当所述双侧乳房优化模型的胸部平面和乳房上下交叉截面平整则，直接对双侧乳房Mask文件进行修补，去除冗余的胸部结构影像和影像噪声，粗略保留完整乳房外侧边界点至面部边界。

其中，步骤三具体为将步骤二得到的双侧乳房表面轮廓三维模型导入逆向工程软件Geomagic系列软件之一的Geomagic Wrap中，依次进行表面优化、去噪、加强、删除钉状物、光顺及缺陷修复，以提高模型的对比特性，得到双侧乳房优化模型，如图6。其中，逆向工程软件为Geomagic软件。

需要说明的是，本发明双侧乳房表面轮廓三维模型在Geomagic Wrap处理过程中，为减少主观操作因素对偏差分析结果的影响，处理过程尽量减少对模型表面的手动主观修复，而光滑降噪程度选择较低的级别，一般低于50。另外，因为在核磁共振采集影像数据过程中会扫描采集到多余的人体结构或额外噪声，在3D模型中重构出来后，会生成多余的钉状物影像杂质碎片，本发明通过先进行删除钉状物操作再进行快速光顺，然后再对孔洞缺陷修复，补孔修复时选区时小面积选取，并删除模型内部冗余影像碎片，从而得到精度高的双侧乳房优化模型。

其中，步骤四包括有：

步骤4.1、将步骤三得到的双侧乳房优化模型复制一份副本，得到两份双侧乳房优化模型，将其中一份双侧乳房优化模型命名为LH优化模型，另一份则命名为RH优化模型，在LH优化模型中删除右侧乳房部分得到左侧乳房的模型文件，定义为LH处理文件；在RH优化模型中删除左侧乳房部分得到右侧乳房的模型文件，定义为RH处理文件，进入步骤4.2；

步骤4.2、在逆向工程软件中选择“工具”工作栏，并在“工具”工作栏中选择“镜像”操作，具体为在操作中设置为“仅翻转”和“拾取平面”,对齐平面定义为直线，位置度为4.417mm，从而使双侧乳房模型镜像重叠在一起，将LH处理文件和RH处理文件进行左右侧镜像拟合，进入步骤4.3，如图7；

步骤4.3、选择“对齐”工作栏，并在“对齐”工作栏中选择“最佳拟合对齐”操作，设置采样大小为1500，公差为0.30mm，并选择高精度拟合，得到双侧乳房模型镜重叠在一起的最佳对齐拟合重叠模型。其中最佳对齐拟合重叠模型的格式为wrp格式，如图8。

需要说的是，在步骤4.3中进行的最佳拟合对齐功能主要针对于形状不规则的模型，将检测偏差平均到整体，以保证整体偏差最小为条件来终止迭代计算的对其过程。

步骤五具体为将步骤四得到的最佳对齐拟合重叠模型导入逆向工程软件Geomagic系列软件之一的Geomagic Control中，选择“分析”模式，进行3D比较分析操作，将最佳对齐拟合重叠模型中的一侧乳房模型定义为参考模型，另一侧乳房模型定义为测试模型，选择显示结果为颜色参考，得到分析结果。

本发明的分析结果为偏差结果、偏差数值及计算结果；偏差结果、偏差数值通过逆向工程软件的分析模块下进行3D比较得到；计算结果通过逆向工程软件的计算功能得到；其中，偏差数值为平均偏差、标准偏差、最大偏差或者最小偏差中的至少一种。计算结果为双侧乳房模型体积、面积和重心。

需要说明的是，本发明的3D比较是在对齐测试对象到参考对象后，以结果对象的形式创建出三维彩色偏差图来量化两者之间的结果偏差，并在模型管理器中生成新的结果对象，原理主要是通过将测试点投影到结果对象的曲面上，将偏差量以不同的颜色的色谱显示。其中，由于将左右乳房进行了镜像与最佳拟合对齐操作，两个文件的乳房模型是相互重叠，但依然是两个独立的模型文件，进行3D比较也是将重叠并相互交错的左右乳房模型进行比较，在此操作中，规则是以其中一个为参考对象，将另外一个模型与之进行比较，比较方式是进行两个模型点与点在空间上的匹配重合度计算操作，以此得出3D偏差数据结果。在实际操作中，通常将“LH”设置为测试模型，“RH”为参考模型，以此来进行比对并计算出分析结果。

本发明的有益效果如下：1、通过医学磁共振成像技术、3D影像建模技术、虚拟仿真计算、精准匹配和逆向工程分析技术得到分析结果，具有准确度高的优点。2、打破了传统的人体对称性分析研究思路，利用现代化医学影像数据具有维度高、可靠性强等多种优势，进行的双侧乳房MRI断层影像数据获取从而，不会受到人工测量的误差带来的影响，而且对对象体的体位要求简单易于操作；3、本发明进行三维影像重构，具有可视化强、形象生动、操作直观的优点，同时使整个流程精准无误。4、本发明的分析结果全部是软件通过虚拟计算与精准匹配而获得的，数据价值高，并且通过三维拟合操作与显示，研究者能通过颜色的深浅程度来辨别偏差大的部位与偏差值的大小，因此灵活方便，可挖掘性强；5、本发明双侧乳房MRI断层影像数据在医学三维重建软件中，进行分割、修复及分析过程中，通过计算机三维辅助分析软件的辅助编辑功能，可将磁共振成像设备所扫描得到的多余的影像部位进行分离，确保分析过程中的目标模型的完整与精准。

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。