CN111128367A - 眼部的建模和仿真方法及*** - Google Patents

眼部的建模和仿真方法及*** Download PDF

Info

Publication number
CN111128367A
CN111128367A CN202010032479.2A CN202010032479A CN111128367A CN 111128367 A CN111128367 A CN 111128367A CN 202010032479 A CN202010032479 A CN 202010032479A CN 111128367 A CN111128367 A CN 111128367A
Authority
CN
China
Prior art keywords
eye
eyeball
modeling
eyelid
medical image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010032479.2A
Other languages
English (en)
Inventor
冯雪
周涛
刘鑫
陈毅豪
付浩然
陈颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Original Assignee
Tsinghua University
Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Institute of Flexible Electronics Technology of THU Zhejiang filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202010032479.2A priority Critical patent/CN111128367A/zh
Publication of CN111128367A publication Critical patent/CN111128367A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

本申请提出一种眼部的建模和仿真方法及***。其中，眼部的建模和仿真方法，包括：获取人体眼部的医学图像；根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。本申请的眼部的建模和仿真方法，能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。

Description

眼部的建模和仿真方法及***
技术领域
本申请涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种眼部的建模和仿真方法及***。
背景技术
眼睛是人类感官中最重要的器官，大脑从外界获取的信息中大约有80％是通过眼睛获取的，因此眼睛的健康状况直接影响人们的生活质量。由于各种原因造成的眼部病变，继而导致视力损害甚至丧失，会对人们的工作生活造成极大困扰。另外一些常见的眼科疾病，如老视、斜视、弱视、近视、青光眼和白内障等，也一直困扰着眼科临床医生以及患者。
虽然有一些提供眼部模型，依据眼部模型对患者的眼部疾病进行诊断，但是，这种眼部模型并非针对不同的患者确定，因此，不能从实际病人角度出发考虑个体差异性，从而影响疾病的诊断的准确性和可靠性。
发明内容
本申请旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本申请的一个目的在于提出一种眼部的建模和仿真方法。该方法能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。
本申请的第二个目的在于提出一种眼部的建模和仿真***。
为了实现上述目的，本申请的第一方面公开了一种眼部的建模和仿真方法，包括：获取人体眼部的医学图像；根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
根据本申请的眼部的建模和仿真方法，能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。
在一些示例中，所述人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。
在一些示例中，在建立所述有限元模型之前，还包括：对所述三维模型进行优化处理。
在一些示例中，所述对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：眼球与组织结构之间的接触设置；眼睑及其周围组织的耦合设置；对眼球进行刚体约束；所述对载荷步以及其边界条件设置，包括：选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；选取眼球的刚体约束参考点。
本申请的第二方面公开了一种眼部的建模和仿真***，包括：获取模块，用于获取人体眼部的医学图像；三维模型建立模块，用于根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；有限元模型建立及仿真模块，用于对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
根据本申请的眼部的建模和仿真***，能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。
在一些示例中，所述人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。
在一些示例中，还包括：优化模块，用于对所述三维模型进行优化处理。
在一些示例中，所述有限元模型建立及仿真模块对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：眼球与组织结构之间的接触设置；眼睑及其周围组织的耦合设置；对眼球进行刚体约束；所述有限元模型建立及仿真模块对载荷步以及其边界条件设置，包括：选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；选取眼球的刚体约束参考点。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请一个实施例的眼部的建模和仿真方法的流程图；
图2为Mimcs导入人眼NMRI图像数据后的显示界面的示意图；
图3为眼球眼睑的初步三维模型的示意图；
图4为眼球眼睑的通用CAD模型的示意图；
图5为本申请一个实施例的眼部的建模和仿真方法的实施示意图；
图6为眼球转动仿真计算结果的示意图；
图7为本申请一个实施例的眼部的建模和仿真***的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
以下结合附图描述根据本申请实施例眼部的建模和仿真方法及***。
图1是根据本申请一个实施例的眼部的建模和仿真方法的流程图。如图1所示，根据本申请一个实施例的眼部的建模和仿真方法，包括：
S101：获取人体眼部的医学图像。
其中，人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。即：可以利用现有常规医学影像技术，如电脑断层扫描(CT)、核磁共振成像(NMRI)，对人体眼部进行扫描，以获取人体眼部的医学图像。
S102：根据人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型。
具体来说，以医学软件Mimcs为例，将文件格式为DICOM的眼部NMRI扫描数据(即：人体眼部的医学图像)导入Mimcs，随后一般需要经过Masks的建立→Parts生成→STLs生成等步骤，实现不同组织结构的三维模型重建，即建立人体眼部的三维模型。如图2所示，为Mimcs导入人体眼部的医学图像后的显示界面，并且可以通过volume rendering命令查看眼部的整体三维构型，如图2右下角所示。
其中，不同组织结构的Masks建立是通过软件的图像分割技术实现的，软件预设有不同组织(骨骼、软组织、肌肉、皮肤等)的灰度阈值集供使用，通常采用软件自带灰度阈值集可以实现特定组织结构的Mask建立。当然，如果自动提取组织不够准确，可以自定义灰度阈值来新建Mask。不同眼组织结构的Mask建立好后，其Part和STL模型的生成通过软件自动实现。
如图3所示，示出了通过以上描述的基本操作下初步生成的眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型，可以理解的是，初步生成的三维模型中通常存在很多不光滑且网格均匀性较差，因此，在具体示例中，可以进一步通过3-Matic软件对三维模型进行光滑、网格重划分等处理，最终得到良好的眼球通用CAD模型，如图4所示。
当然，也可以进一步对三维模型进行优化处理，例如：获取的眼球通用CAD模型导入计算机辅助设计软件，进行几何模型的局部优化、网格重建或优化、文件格式的转换等处理，在本申请的一个具体实施例中，利用Mimcs、3-Matic软件导出dxf.格式的眼球的三维模型，再导入到AutoCAD进行文件格式的修改，最终生成iges格式文件。
S103：对眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据三维模型建立有限元模型，并通过有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
其中，对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：眼球与组织结构之间的接触设置；眼睑及其周围组织的耦合设置；对眼球进行刚体约束；所述对载荷步以及其边界条件设置，包括：选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；选取眼球的刚体约束参考点。
具体来说，三维模型导入通用有限元软件(如ANSYS、ABAQUS)，对眼球、眼睑和周围软组织结构进行有效的接触设置，其余设置采用常规方法设置(即：建立部件→材料设置→模型组装→设置载荷步→交互设置→施加载荷和边界条件→进行网格单元划分→提交工作计算)完成整个模型的仿真计算。在具体示例中，将三维模型导入ABAQUS，建立眼球及其周围组织结构模型的部件，如图5的右上角所示。其中主要的设置如表1所示，提交工作进行计算，仿真计算结果如图6所示。
表1
Figure BDA0002364837440000061
根据本申请实施例的眼部的建模和仿真方法，能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。
图7是根据本申请一个实施例的眼部的建模和仿真***的结构框图。如图7所示，根据本申请一个实施例的眼部的建模和仿真***700，包括：获取模块710、三维模型建立模块720和有限元模型建立及仿真模块730。
其中，获取模块710用于获取人体眼部的医学图像；三维模型建立模块720用于根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；有限元模型建立及仿真模块730用于对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
在本申请的一个实施例中，所述人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。
在本申请的一个实施例中，还包括：优化模块(图7中没有示出)，用于对所述三维模型进行优化处理。
在本申请的一个实施例中，所述有限元模型建立及仿真模块730对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：眼球与组织结构之间的接触设置；眼睑及其周围组织的耦合设置；对眼球进行刚体约束；所述有限元模型建立及仿真模块730对载荷步以及其边界条件设置，包括：选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；选取眼球的刚体约束参考点。
根据本申请实施例的眼部的建模和仿真***，能实现人体眼部结构的快速有效的建模以及眼球转动下眼部结构的力学行为的计算，从而为医学分析提供可靠的参考依据。
需要说明的是，本申请实施例的眼部的建模和仿真***的具体实现方式于本申请实施例的眼部的建模和仿真方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，此处不做赘述。
上述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ReadOnly Memory；以下简称：ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable ReadOnly Memory；以下简称：EPROM)或闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LocalArea Network；以下简称：LAN)或广域网(Wide Area Network；以下简称：WAN)连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种眼部的建模和仿真方法，其特征在于，包括：
获取人体眼部的医学图像；
根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；
对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
2.根据权利要求1所述的眼部的建模和仿真方法，其特征在于，所述人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。
3.根据权利要求1所述的眼部的建模和仿真方法，其特征在于，在建立所述有限元模型之前，还包括：对所述三维模型进行优化处理。
4.根据权利要求1-3任一项所述的眼部的建模和仿真方法，其特征在于，所述对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：
眼球与组织结构之间的接触设置；
眼睑及其周围组织的耦合设置；
对眼球进行刚体约束；
所述对载荷步以及其边界条件设置，包括：
选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；
选取眼球的刚体约束参考点。
5.一种眼部的建模和仿真***，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取人体眼部的医学图像；
三维模型建立模块，用于根据所述人体眼部的医学图像建立眼部的三维模型，其中，所述三维模型包括眼球、眼睑及其周围软组织的三维模型；
有限元模型建立及仿真模块，用于对所述眼球、眼睑及其周围软组织进行材料和参数设置、交互设置、载荷步以及其边界条件设置，以根据所述三维模型建立有限元模型，并通过所述有限元模型进行人体眼部动作的仿真。
6.根据权利要求5所述的眼部的建模和仿真***，其特征在于，所述人体眼部的医学图像包括电脑断层扫描的人体眼部的医学图像或者核磁共振成像的人体眼部的医学图像。
7.根据权利要求5所述的眼部的建模和仿真***，其特征在于，还包括：
优化模块，用于对所述三维模型进行优化处理。
8.根据权利要求5-7任一项所述的眼部的建模和仿真***，其特征在于，所述有限元模型建立及仿真模块对所述眼球、眼睑及其周围软组织的交互设置，包括：眼球与组织结构之间的接触设置；眼睑及其周围组织的耦合设置；对眼球进行刚体约束；所述有限元模型建立及仿真模块对载荷步以及其边界条件设置，包括：选取眼睑及其周围组织模型的耦合参考点；选取眼球的刚体约束参考点。
CN202010032479.2A 2020-01-13 2020-01-13 眼部的建模和仿真方法及*** Pending CN111128367A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010032479.2A CN111128367A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 眼部的建模和仿真方法及***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010032479.2A CN111128367A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 眼部的建模和仿真方法及***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111128367A true CN111128367A (zh) 2020-05-08

Family

ID=70488267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010032479.2A Pending CN111128367A (zh) 2020-01-13 2020-01-13 眼部的建模和仿真方法及***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111128367A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111667906A (zh) * 2020-06-15 2020-09-15 上海交通大学医学院附属仁济医院 一种眼球结构虚拟教学***及其数字模型建立方法
CN115100380A (zh) * 2022-06-17 2022-09-23 上海新眼光医疗器械股份有限公司 基于眼部体表特征点的医学影像自动识别方法
CN116822260A (zh) * 2023-08-31 2023-09-29 天河超级计算淮海分中心 一种基于数值转换的眼球仿真方法、电子设备及存储介质

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111667906A (zh) * 2020-06-15 2020-09-15 上海交通大学医学院附属仁济医院 一种眼球结构虚拟教学***及其数字模型建立方法
CN111667906B (zh) * 2020-06-15 2024-02-13 上海交通大学医学院附属仁济医院 一种眼球结构虚拟教学***及其数字模型建立方法
CN115100380A (zh) * 2022-06-17 2022-09-23 上海新眼光医疗器械股份有限公司 基于眼部体表特征点的医学影像自动识别方法
CN115100380B (zh) * 2022-06-17 2024-03-26 上海新眼光医疗器械股份有限公司 基于眼部体表特征点的医学影像自动识别方法
CN116822260A (zh) * 2023-08-31 2023-09-29 天河超级计算淮海分中心 一种基于数值转换的眼球仿真方法、电子设备及存储介质
CN116822260B (zh) * 2023-08-31 2023-11-17 天河超级计算淮海分中心 一种基于数值转换的眼球仿真方法、电子设备及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111128367A (zh) 眼部的建模和仿真方法及***
US8194964B2 (en) Analysis of anatomic regions delineated from image data
CN112884729B (zh) 基于双模态深度学习的眼底疾病辅助诊断方法和装置
CN109410337A (zh) 一种基于vr模型的人工智能医疗***实现方法、***
CN112037913B (zh) 一种基于卷积神经网络的牙周炎智能检测***
WO2019190968A1 (en) Systems and methods of measuring the body based on image analysis
CN111096835A (zh) 一种矫形器设计方法和***
JP2012518203A (ja) 規定された症状を診断および治療する方法およびシステム、およびこのようなシステムを操作する方法
CA2697309A1 (en) Medical records system with dynamic avatar generator and avatar viewer
CN113643790A (zh) 一种脊椎的置换建模方法及***
CN112233087A (zh) 一种基于人工智能的眼科超声疾病诊断方法和***
US12046374B2 (en) Digital twin
CN113761796B (zh) 基于虚拟现实的心脏出血与止血模型的仿真***和方法
CN114694236A (zh) 一种基于循环残差卷积神经网络的眼球运动分割定位方法
JP7456928B2 (ja) 胸部ｘ線画像の異常表示制御方法、異常表示制御プログラム、異常表示制御装置、及びサーバ装置
CN116469542B (zh) 一种个性化医疗影像诊断路径生成***及方法
CN114503018A (zh) 用于治疗干眼症的眼镜框架以及对应的3d打印***和方法
US20220044454A1 (en) Deep reinforcement learning for computer assisted reading and analysis
CN116824209A (zh) 一种骨窗预测方法及***
CN108734783B (zh) 一种判断再造耳支架破溃风险的方法
Scharver et al. Pre-surgical cranial implant design using the PARIS/spl trade/prototype
Mason et al. Automatic internal auditory canal segmentation using a weakly supervised 3D U-Net
TW201317821A (zh) 輔助判斷顱顏手術的補片固定強度的方法與其計算機
Andersson et al. Digital 3D Facial Reconstruction Based on Computed Tomography
Mussi et al. A simple interactive tool for the CAD modelling of surgical guides for autologous ear reconstruction

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination