本发明涉及到医学图像处理，具体涉及到一种髋臼打磨的可视化方法及存储介质。
背景技术：
1、在导航式髋臼置换手术中，髋臼磨削是至关重要的一步，它直接关系到手术的成功与否和患者的康复效果。传统的髋臼磨削方法主要依赖于医生的经验和手术技巧，难以精确控制磨削的量和位置，容易导致磨削不足或过度磨削的问题。为了解决这些问题，近年来，基于计算机视觉和医学影像处理技术的导航式髋臼磨削方法得到了广泛关注和应用。
2、然而，现有的导航式髋臼磨削可视化方法仍存在一些显著的技术缺陷。一类常用的方法是，将表面网格数据转换为由体素构成的三维影像，通过对三维影像进行加减运算来实现磨削的可视化。这种方法虽然能够在一定程度上模拟磨削过程，但其缺点在于：
3、(1)模型精度下降：表面网格数据与三维影像相互转换时，受限于影像的体素尺寸，不可避免地导致模型精度下降，从而使得最终的可视化结果存在颗粒化(不平滑)的现象。这种颗粒化现象不仅影响了视觉效果，还可能误导医生的判断和操作。
4、(2)运算效率低下：每进行一次切割运算，都需要将经过运算的三维影像转换回表面网格数据，这一数据格式转换过程耗时较长，导致可视化运算效率较低。在实时性要求较高的手术过程中，这种低效率可能导致画面卡顿，影响手术的顺利进行。
5、为了克服上述缺陷，一些研究人员尝试对三维影像进行预处理，如滤波操作，以改善可视化结果的平滑度。例如，cn116636902a提出了一种基于三维影像体绘直接进行可视化的方法，虽然省去了每次切割后重建表面的步骤，提高了计算效率，但可视化结果依然存在明显的颗粒化现象。cn116824100a在cn116636902a的基础上进行了改良，通过三维影像初始化时的额外滤波操作和特定的颜色映射表，使得体绘显示自带平滑效果。然而，这种方法依然无法彻底解决每次切割新形成的切面颗粒感明显的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种髋臼打磨的可视化方法，解决了现有技术中的颗粒化、运算效率低等问题。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
3、一种髋臼打磨的可视化方法，包括以下步骤：
4、s1、根据臼杯模型cup生成两个半球壳表面网格模型，分别记为hemisphere_0和hemisphere_1，其中，hemisphere_0的半径与cup的最外层半球状部分相同，而hemisphere_1的半径则比hemisphere_0大一个指定的缓冲距离n；
5、s2、将cup移动至髋臼模型bone的预定位置，获得其变换矩阵t，将变换矩阵t应用于hemisphere_0和hemisphere_1，使二者移动至与cup相同位置；
6、s3、使用vtkbool模组对bone进行布尔运算，分别生成待打磨区域green、缓冲区域buffer和警示区域red，并创建包裹red的薄壳white，建立髋臼分色模型；
7、s4、使用磨削头模型reamer对髋臼分色模型进行磨削，通过实时差集运算更新髋臼模型以反映磨削过程。
8、步骤s1具体包括：
9、s1.1、在图像坐标中导入臼杯模型，记该模型为cup，cup的最外层呈半球状，确定该半球的球心为臼杯的旋转中心o，以及半球的半径为已知值r；
10、s1.2、以球心o为圆心，以半球的半径r为半径，生成一个半球壳表面网格模型，该模型记为hemisphere_0，其底面与cup的底面平齐，确保两者在空间位置上的对应性；
11、s1.3、同样以球心o为圆心，以r+n为半径生成另一个半球壳表面网格模型，其中n为指定的白色缓冲区域的厚度。
12、步骤s2具体包括：
13、s2.1、在图像坐标中导入髋臼模型，记该模型为bone，通过平移和/或旋转的方式，将之前导入的臼杯模型cup移动至髋臼分色模型bone上的预定位置，在移动过程中，记录并获取在图像坐标系下，cup从初始位置至规划位置所经历的刚体变换矩阵t；
14、s2.2、将刚体变换矩阵t应用于hemisphere_0和hemisphere_1，通过应用该变换矩阵，使hemisphere_0和hemisphere_1也移动至与cup相同的规划位置。
15、步骤s3具体包括：
16、s3.1、使用vtkbool模组对bone与hemisphere_0进行交集运算，所得的表面网格数据记为green，将green对应的vtkactor颜色设置为绿色，表示待打磨区域；
17、s3.2、使用vtkbool模组对bone与hemisphere_1进行交集运算，所得表面网格数据记为tmp；使用vtkbool模组对tmp与green进行差集运算，所得表面网格数据记为buffer，将buffer对应的vtkactor颜色设置为白色，表示缓冲区域；
18、s3.3、使用vtkbool模组对bone与hemisphere_1进行差集运算，所得表面网格数据记为red，将red对应的vtkactor颜色设置为红色，表示警示区域。
19、在步骤s3中，创建包裹red的薄壳white，包括：
20、s3.4、复制一笔red表面网格数据；使用vtkpolydatanormals过滤器对复制的red表面网格数据的每一个顶点计算法向量；使用vtkwarpvector过滤器，将复制的red表面网格数据的每一个顶点沿着其法向量方向移动远小于导航系统精度的距离m，生成一个包裹red的白色薄壳区域white；将white对应的vtkactor颜色设置为白色。
21、在步骤s3中，建立髋臼分色模型，包括：
22、s3.5、创建一个vtkrenderer对象，作为渲染环境；
23、s3.6、对于green、buffer、red、white四个区域，分别创建对应的vtkactor对象，并设置它们的颜色属性；
24、s3.7、将这四个vtkactor对象添加到同一个vtkrenderer中，使它们就可以在同一个场景中共同显示；
25、s3.8、通过vtk的渲染机制渲染整个场景，建立髋臼分色模型，其中待打磨区域为绿色，缓冲区域为白色，超出规划区域的部分为红色，且红色部分被白色薄壳遮挡。
26、步骤s4具体包括：
27、s4.1、记磨削头表面网格模型为reamer，reamer为与真实磨削头尺寸相同的半球壳模型；
28、s4.2、在导航式打磨过程中，髋臼分色模型在图像中保持静止，reamer随着真实世界的磨削头移动而在图像中移动，reamer与髋臼模型的相对位置关系符合真实世界磨削头与患者髋臼的相对位置关系；
29、s4.3、每当reamer的位置发生改变，利用vtk工具的布尔运算功能更新髋臼分色模型。
30、步骤s4.3具体包括：
31、s4.3.1、使用vtkbool模组对green与reamer进行差集运算，若reamer与green有交集，则将交集部分从green中去除，表示该部分已被磨削；
32、s4.3.2、使用vtkbool模组对buffer与reamer进行差集运算，若buffer与reamer有交集，则将交集部分从buffer中去除，表示接近规划磨削区域的边缘；
33、s4.3.3、使用vtkbool模组对红色区域red与reamer进行差集运算，若reamer与red有交集，则交集部分被从red中去除，表示进入警示区域。
34、s4.3.4、使用vtkimplicitpolydatadistance过滤器判断white区域上每一个顶点是否处于reamer网格模型内部；若顶点在reamer内部，则使用vtkclippolydata过滤器将该顶点及其相邻部分从white中去除，并更新white区域。
35、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法步骤。
36、一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法步骤。
37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
38、通过直接对表面网格数据进行布尔运算，避免了将表面网格数据转换为基于体素的影像数据再进行运算的步骤，保留了原始表面网格数据的精细度和平滑性，使得打磨结果的可视化展示更加平滑，不会出现颗粒化现象；
39、传统的基于体素影像数据的切割与重建方法，在每次切割后都需要进行影像到表面的重建，这一转换过程耗时较长，且易导致画面卡顿，而本技术的表面布尔运算直接在表面网格数据上进行，无需数据格式转换，从而大大提高了运算效率，减少了系统延迟；
40、由于避免了表面网格数据与体素影像数据之间的转换，本技术能够更准确地保留模型的几何细节和形态特征，提高了打磨模型的精度，使得可视化结果更加接近真实情况；
41、在打磨过程中，本技术通过不同颜色区域的实时更新，直观地反映了磨削头与髋臼模型的相对位置关系以及打磨进度，当磨削超出规划区域时，红色警示区域的显示能够立即提醒操作人员注意，避免可能的手术风险。
1.一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，步骤s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，步骤s3中，所述使用vtkbool模组对bone进行布尔运算，分别生成待打磨区域green、缓冲区域buffer和警示区域red，包括：
5.根据权利要求4所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，在步骤s3中，所述创建包裹red的薄壳white，包括：
6.根据权利要求1所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，在步骤s3中，所述建立髋臼分色模型，包括：
7.根据权利要求1所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，步骤s4具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种髋臼打磨的可视化方法，其特征在于，步骤s4.3具体包括：
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的方法步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法步骤。
