[发明专利]一种面向切片数据的三维体积重构方法

权利要求书

1.一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用相场模型对模型切片数据进行表示，生成具有空间网格信息的数据结构；

2)通过包括约束项的控制方程，根据具有空间网格信息的数据结构，模拟任意两个相邻切片在体积重构过程中的演变过程，并在t时刻进行抽样，利用源切片形状的相场函数和形状的相场函数，计算t时刻切片与目标切片相差的面积以及t时刻切片的面积；

3)根据t时刻切片与目标切片相差的面积得到第一序列；根据t时刻切片的面积得到第二序列；

4)根据第一序列生成第一时刻序列，根据第二序列生成第二时刻序列，对第一时刻序列和第二时刻序列进行加权，获得新的时刻序列，根据新的时刻序列选取切片数据，重构三维体积，根据三维体积重构结果，进行铺丝路径规划。

2.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，包括约束项的控制方程为：

其中，t0,x∈Ω是给定切片上的点；F(φ)＝0.25(φ²-1)²，∈是与界面宽度有关的常数，α是控制约束项的参数，φ(x,t)和ψ(x)分别代表源切片形状和目标切片形状的相场函数。

3.根据权利要求2所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，用算子分裂法将控制方程拆分为扩散项、非线性项和约束项：

使用有限差分法计算扩散项使用变量分离法计算非线性项计算约束项从而得到数值解：

4.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，t时刻切片与目标切片相差的面积A(t)通过下式计算：

5.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，t时刻切片的面积B(t)通过下式计算：

其中，N_x、N_y分别为x方向与y方向的网格点数，h为空间步长，Ω₁()为切片包含的物体形状的区域。

6.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，t＝nΔt，Δt为控制方程单次迭代的时间步长，n为对应的迭代次数。

7.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，切片包括源切片和目标切片，源切片为S₁，目标切片为S₂，S₁＝{x|φ(x,t)≥0}，S₂＝{x|ψ(x)≥0}。

8.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，第一序列如下：

式中，N_z为需插入切片数量，A(0)是源切片形状和目标切片形状的初始面积差，a₁为需插入的第1张切片对应的迭代次数，a₂为需插入的第2张切片对应的迭代次数，为需插入的第N_z张切片对应的迭代次数，Δt为控制方程单次迭代的时间步长。

9.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，第二序列如下：

式中，B(b₁Δt)为b₁Δt时刻切片的面积，B(b₂Δt)为b₂Δt时刻切片的面积，B_TC(h)为高度坐标为h时圆锥体的截面面积，B_TC(2h)为高度坐标为2h时圆锥体的截面面积，为时刻切片的面积，B_TC(N_zh)为高度坐标为N_zh时圆锥体的截面面积。

10.根据权利要求1所述的一种面向切片数据的三维体积重构方法，其特征在于，三维重构体积的定义域Ω_V如下：

Ω_V＝{(x_i,y_j,z_k):x_i＝a+hi,y_j＝c+hj,z_k＝hk,0≤i≤N_x,0≤j≤N_y,0≤k≤N_z+1}

式中，a是x方向的边界空间坐标，c是y方向的边界空间坐标，N_x、N_y、N_z为x、y、z方向的网格点数，h为空间步长，i为x方向的空间步长的计数，j为y方向的空间步长的计数，k为z向的空间步长的计数。