眼部的建模和仿真方法及系统技术方案

本申请提出一种眼部的建模和仿真方法及系统。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。

Eye modeling and simulation method and system

【技术实现步骤摘要】
眼部的建模和仿真方法及系统
本申请涉及医学成像
，尤其涉及一种眼部的建模和仿真方法及系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
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系统。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系统，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系统，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系统的结构框图。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系统。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volumerendering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，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种眼部的建模和仿真方法，其特征在于，包括：/n获取人体眼部的医学图像；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，周涛，刘鑫，陈毅豪，付浩然，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33