基于VTK和ITK环境的超声图像三维重建

背景：医学图像的三维模型，能够准确的三维结构在临床诊断上凸显重要性。 目的：对连续多帧的超声图像进行三维结构重建。 方法：利用可视化工具VTK和图像的配准分割工具ITK，在VC++的平台下，采取直接体绘制的方法，对连续多帧的DICOM医学超声图像进行了三维重建，并且用户可以利用鼠标与图片进行交互，实现任意角度的旋转。 结果与结论：合成体绘制在重建中的效果较优，相对而言更适合超声图像的三维重建。     

1000/基于PC机上颅脑CT二维图像的三维重建

目的: 在普通个人计算机上利用颅脑CT二维图像实现对颅骨的三维重建。方法: 利用正常人颅脑CT扫描数据集，采集二维图像数据，利用Amira软件对二维图像数据进行颅骨的图像分割、提取其轮廓线、三维可视化重建。结果：利用颅脑CT二维图像数据在普通计算机上得到了颅骨精细的三维模型。此模型能够多个视角显示和观察，并能单独显示某一分离的结构，同时可对其进行编辑和精确距离测量。结论：在普通计算机上应用软件进行三维重建可以获得颅骨精细的三维模型，解决了传统上只能依赖螺旋CT机进行三维重建的难题，为科研、教学及建立颅脑模型数据库提供方法和积累了资料，为三维重建技术在普通计算机上的广泛应用提供重要理论依据。     

脊髓造影螺旋CT重建颈椎病仿真解剖模型的意义☆

背景：随着螺旋CT及计算机图像后处理技术的进步，医学仿真影像学在复杂颈椎病的诊断与治疗中获得了良好的临床应用效果。 目的：观察脊髓造影螺旋CT扫描多平面重建及三维重建颈椎影像仿真解剖模型的效果及其临床意义。 设计、时间及地点：计算机三维重建，金标准对比实验，于2001-01/2006-01在苏州大学附属第二医院完成。 对象：接受手术治疗的20例病情复杂的颈椎病患者。 方法：对20例患者进行颈脊髓造影螺旋CT薄层扫描，分别行多平面重建和三维重建，建立颈椎CT仿真解剖模型。将扫描及其重建结果用于术前病情评估、模拟手术，并以手术直视所见为金标准评价仿真解剖模型的准确性和效能。 主要观察指标：仿真解剖模型的准确性和效能。 结果：仿真解剖模型可同步显示骨性椎管和膜性椎管，为术前评估和模拟手术提供了颈椎全面、细微骨性解剖结构和硬膜囊、脊髓、神经根袖等软组织受压等解剖信息，与患者实际解剖相符合。 结论：仿真解剖模型直观、逼真，准确再现了颈椎解剖，可应用于综合评估颈椎病病情并模拟手术。     

Mimics软件三维重建全骨盆几何模型模拟骨盆肿瘤切除假体置换*

背景：CT扫描所得DICOM数据在Mimics软件中的运用是目前国际上公认的计算机辅助手术的“金标准”。 目地：探索一条可行的计算机辅助手术途径。 方法：将骨盆肿瘤病例CT扫描图像数据导入Mimics10.01软件,三维重建包含髂血管的全骨盆几何模型,并按Enneking and Dunhan提出的标准分型,该病例为TypeⅡ型。利用mimics软件的三维重建全骨盆几何模型的各项数据进行术前测量,设计肿瘤切除范围,并进行模拟肿瘤切除假体置换。 结果与结论：利用mimics软件重建的全骨盆三维几何模型可准确反映骨盆的三维立体结构和预测肿瘤的大小,并可进行任意旋转观察,精确测量出相关的各项指标。为定制假体提供有意义的参考数据,有效实现了骨盆肿瘤广泛切除特制假体置换术的模拟。结果提示Mimics软件重建的包含髂血管的全骨盆几何模型可立体直观显示骨盆内部解剖结构并明确肿瘤分型。Mimics可以为术前设计和手术模拟提供快捷、便利、精确、可重复运用的模型。     

基于VTK软件的结直肠段三维数字可视化***☆

背景：将二维断层图像序列转变为具有直观立体效果的图像,展现人体器官的三维结构与形态,提供传统手段无法获得的解剖结构信息,是医学数据场可视化的基本任务。 目的：利用医学图像的三维可视化技术,建立肠道切片数据的三维可视化模型,为口服胶囊机器人在肠道中的空间位置跟踪研究、粪便嵌塞性肠梗阻情况下肠道承受水压冲洗能力的数值模拟研究提供肠道的几何空间结构参考依据。 方法：医学图像切片可视化的一般过程,包括图像获取、配准、三维面绘制重建,以及在Visual C++中利用VTK软件实现三维数字可视化。 结果与结论：利用VTK软件,实现了结直肠的三维数字可视化,可实现结直肠三维图像的旋转、缩放、平移,并将其集成到MFC图形用户界面中。实际得到的三维可视化模型可为口服胶囊机器人在肠道中的空间位置跟踪研究、粪便嵌塞性肠梗阻情况下肠道承受水压冲洗能力的数值模拟研究提供图像参考依据。     

基于ITK和VTK方法的超声血管图像三维重建

摘要：医学图像三维重建是利用二维图像序列重建出三维模型，提供直观的视觉信息，供医务工作者参考。大多数重建都是利用CT图像序列进行重建，对超声图像的重建研究很少。文章首先介绍ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit)和VTK(The Visualization Toolkit)，接着利用ITK和VTK进行了超声图像的三维重建，最后给出了实验结果，重建结果表明，利用ITK、VTK和改进的Herman插值法，超声血管图像可以获得很好的重建效果。     

3D膝关节模型的构建

背景：三维图像重建是开展膝关节虚拟研究的基础。关节周围韧带、软骨、半月板等结构分割重建报道较少。 目的：在前期大量膝关节标本解剖研究的基础上,利用CT及MRI数据,三维重建包括关节周围韧带、软骨、半月板等结构在内的膝关节模型。 方法：采用1例人体成年膝关节标本CT、MRI薄层扫描数据,导入Mimics 10.01分别三维重建膝关节骨、软骨、韧带及半月板等结构,利用逆向工程软件Geomagic 8进行及图像配准处理。 结果与结论：三维重建了包括关节周围韧带、软骨、半月板等结构在内的膝关节模型,为建立相应膝关节有限元模型奠定了基础。     

螺旋CT三维重建技术在骨盆骨折中的应用

背景：螺旋CT三维重建技术可以提供直观的三维图像，而且可以根据需要向任何方向旋转，使医生可以在任意设定的角度观察骨盆骨折移位情况，从而得到清晰直接的印象。 目的：观察螺旋CT三维重建技术在骨盆骨折中的应用价值。 方法：选择2007-11/2009-03遵义医学院附属医院骨科收治的骨盆骨折患者42例，男30例，女12例，分别进行X射线摄片和螺旋CT扫描，利用表面遮盖法(SSD)三维重建，同时利用三维成像软件进行多平面重建(MPR)，选择能最佳显示骨折的图像进行存储并进行摄片，比较两种方法的效果。 结果与结论：所有骨盆骨折患者经螺旋CT三维成像摄片均显示骨折，能较准确地描述出骨折分型和碎骨部位，其效果明显优于X射线摄片(P < 0.05)。提示螺旋CT三维成像技术在骨盆骨折的诊断中具有非常重要的作用，能较准确地显示骨折的情况，能为治疗方法的选择提供依据。     

基于CT图像提取人体组织边界建立的有限元模型☆

摘要：为提高有限元方法应用于医学领域的准确度，有必要建立含有人体组织器官真实结构信息的有限元模型。文章提出了一种基于人体CT图像提取组织器官边界，并根据提取到的真实边界进一步建立二维有限元模型的方法。利用该方法最终可建立含有真实结构信息的人体有限元模型。经过对医院实际CT图像的测试，结果证实，该方法简单、快捷、适应性强，为基于医学图像的有限元分析奠定了良好基础。     

人工腰椎间盘置换的有限元模型

背景：国内外已有学者将有限元分析用于脊柱的生物力学模拟，但对人工椎间盘置换前后腰椎生物力学系统的有限元模拟报道较少。 目的：实验建立腰椎运动节段SB-Chaite III型人工椎间盘置换的新型三维有限元模型，并在此基础上进行有限元分析。 设计、时间及地点：观察性实验于2003-12/2004-08在中南大学湘雅医院骨科研究室完成。 对象：选择1名健康成年男性志愿者作为模拟对象,对脊柱T12~S1节段进行层厚2 mm的连续扫描，共获得CT断层图像264幅，并对CT图像每隔15°进行三维重建，获取用于建立三维模型的相关数据。 方法：将CT扫描的腰椎图像结合人体解剖学数据通过3DSMAX软件建模形成正常中国男性L4~5运动节段的三维模型。 主要观察指标：结合SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘的三维模型，用有限元分析软件SAP2000转换成有限元模型。 结果：成功建立了腰椎运动节段的三维模型和有限元模型。L4~5节段SB-Chaite Ⅲ型人工椎间盘置换的有限元模型总节点数为2 542个，包括1 924个Solid单元，592个Area单元，50个Link单元。 结论：通过CT断层扫描、图像数字化处理及计算机辅助设计等方法，可以建立腰椎人工椎间盘置换的有限元模型。     

人工股骨头置换治疗骨质疏松股骨转子间不稳定骨折的有限元应力分析

背景：通常的力学实验手法基本上无法直接应用于人体且模型间可比性低,对人体的力学行为进行有限元数值模拟就成为深化对人体认识的一种有效手段。 目的：运用计算机模拟骨质疏松股骨转子间不稳定型骨折人工股骨头置换,并做置换后股骨及假体的应力分析,评估置换后假体的初始稳定性。 方法：对志愿者双下肢进行薄层CT扫描获得股骨数据,图像处理软件Mimics11.1进行图像处理后数据导入建模软件UG4.0建立股骨三维模型;假体柄与股骨间行布尔运算,分为正常关节置换组和转子间骨折人工关节置换组,观察两组材料赋值、定义接触、受力加载、应力分析等情况。 结果与结论：人工关节置换改变了股骨的受力方式,股骨转子间骨折关节置换后的假体稳定性较好,在正常载荷下人工关节稳定。     

肝癌图像感兴趣目标的准确分割

背景：Snake模型为医学图像分割提供了一个全新的分割方式,可以克服传统图像分割方法在医学图像分割中的缺点。 目的：针对肝癌CT图像特点,提出了一种改进的B样条曲线的Snake模型图像分割算法。 方法：对腹部CT图像进行预处理,获得肝脏癌变部分的初始轮廓,再构造闭合B样条Snake模型,最后使用MMSE最小化外力变形模型以实现图像的准确分割。 结果与结论：改进的B-Snake分割算法不仅减少了噪声的影响,而且使Snake曲线较好地收敛于目标轮廓边缘,对于肝癌CT图像该方法取得了感兴趣目标的良好分割效果。     

体视见方法研究

目的：研究三维成像的新方法，为无创伤地再现人体器官内部结构及病灶提供一个新的途径。方法：采用体系成像技术。结果：用该方法实现了头部CT二维图像的三维体系成像。结论：基于体素的体视见方法在体视化客观事物内部方面具有传统面成像技术所无法比拟的优越性。     

足部有限元模型的构建与验证

背景：目前国内所建的足部模型大部分是采用自动划分网格的四面体有限元模型,虽然四面体网格自动剖分技术给三维实体的有限元网格自动剖分带来了极大的方便,但力学性能较差。 目的：基于CT图片构建六面体网格足部有限元模型。 方法：选取中国正常男性人体足部的CT数据,利用Mimics软件对足部几何模型进行重构,运用NURBS 曲面的节点插入算法,对足部几何模型进行了细化,构建了具有较高生物仿真度的人体足部有限元模型,利用Pam-crash软件对模型进行了碰撞仿真分析。 结果与结论：仿真结果与尸体实验结果基本一致,证明模型可信。实验基于CT图片构建的六面体网格足部有限元模型,添加了足底肌肉、肌腱、皮肤等结构,更真实的反映了足部解剖学结构特征,进而提高了有限元模型的质量,更能有效地研究足部损伤机制,从而为提高汽车安全性设计提供参考依据。     

1000/人工视觉假体视觉映像信息处理模型

视觉映像的信息处理机制是人工视觉研究中最重要的基础工作和核心技术之一。本文在阐述人类视觉信息获取及处理原理的基础上,提出一种人工视觉映像信息处理模型。然后详细阐述这一模型在学习训练阶段和应用阶段的系统结构和关键技术。     

基于VC骨模自动配型系统的设计与实现★

背景：利用计算机通过对患者的诊断图像进行测量分析可实现骨科手术的仿真操作，从而确定手术方案的正确性。 目的：设计一套以计算机图像处理技术为基础的长骨与骨模自动配型系统。 方法：通过对临床骨骼图片的定量分析，计算出与之匹配的骨模的尺寸，然后通过对骨模数据库索引，搜索出与骨骼匹配的骨模并模拟匹配。 结果与结论：能够在很短的时间内找出与骨骼匹配的骨模。结果提示，该系统提高了配型的效率以及成功率，并且能够降低临床手术的时间，减轻患者痛苦。     

Fully automated biomedical image segmentation by self-organized model adaptation.

In this paper, we present a fully automated image segmentation method based on an algorithm that provides adaptive plasticity in function approximation problems: the deformable (feature) map (DM) algorithm. The DM approach reduces a class of similar function approximation problems to the explicit supervised one-shot training of a single data set. This is followed by a subsequent, appropriate similarity transformation, which is based on a self-organized deformation of the underlying multidimensional probability distributions. We apply this algorithm to the real-world problem of fully automated voxel-based multispectral image segmentation, employing magnetic resonance data sets of the human brain. In contrast to previous segmentation approaches, the knowledge obtained within the segmentation procedure of a single prototypical reference data set can be re-utilized for the segmentation of new, 'similar' data employing a strategy of incremental adaptive learning based on the DM algorithm. Thus, we obtain a fully automatic segmentation method that does neither require manual contour tracing of training regions, visual classification of voxel clusters, nor any other kind of human intervention. Our application demonstrates that flexible learning by a strategy of self-organized incremental model adaptation can contribute to increase the efficiency and practicability of biomedical image processing systems.     

建立正常人C2~7的三维有限元模型

背景：随着计算机技术的发展,颈椎生物力学研究不再局限于动物或人体尸体实验,计算机模型可以进行更准确的生物力学研究。 目的：在已有研究的基础上,建立人体C2~7三维有限元模型,以期为颈椎前路分节段减压融合的生物力学研究提供参考数据。 方法：选择1名28岁健康男性志愿者为观察对象,无明显的颈椎病史,扫描前先拍摄颈椎正侧位、斜位、过伸过屈位X射线片以排除颈椎病变。首先根据志愿者CT扫描图片,采用计算机辅助设计数据处理技术,输入相关的材料特性,构建C2~7三维有限元模型。模型重建采用先进的Geomagics系统,可以准确模拟颈椎结构,有限元部分则采用广泛使用的ANSYS系统。其次在1.8 N•m作用力下,观察节段运动与力-位移反应,并与国外的实验结果对比,在前屈、后伸、侧弯和旋转等4种工况(载荷状态)下对模型进行验证。 结果与结论：整个模型包括C2~7六个椎体、C2/3~6/7五个椎间盘以及后部结构与主要韧带,共有23 348个节点和215 749个单元。在模拟外力的作用下,模型前屈、后伸、侧弯和旋转工况下的颈椎活动度与以往实验模型结果数据基本吻合。提示所建立的颈椎有限元模型可以模拟颈椎生物力学实验,进行生物力学分析。     

基于CT三维重建个体化股骨假体的计算机辅助设计

背景：由于人体的绝对个性化特点,标准人工假体与患者骨骼之间的误差使二者难以很好匹配。计算机辅助设计和制造个体化假体克服了其他假体的缺点,可有效地延长人工关节的使用寿命和使用质量,并可能解决人工关节的翻修问题。国内的研究尚处于起步阶段。 目的：基于CT图像的三维重建,探求个体化股骨假体计算机辅助设计在提高假体与病变骨骼匹配度中的作用。 方法：CT扫描对象为1例健康男性志愿者,排除髋关节疾患。采用GE Speed Light 16排螺旋CT对股骨中上段进行层厚3 mm扫描,得到CT数据的二维图像,利用自主开发的数据格式转换软件将CT图像转换为bmp格式。对位图编辑预处理,用Mimics8.1软件进行矢量化处理,提取股骨内外轮廓。然后输入Mimics8.1和Rapidform2004三维反求工程软件中,生成股骨内外轮廓的特征曲线,重建股骨三维模型。将股骨髓腔的特征轮廓曲线dxf文件输入计算机辅助设计建模软件Solidworks2004中,以此股骨髓腔轮廓为基础,完成个体化股骨假体的设计。 结果与结论：利用自主开发的数据格式转换软件,实现了CT图像信息的矢量转换。以CT二维图像为依据,进行三维反求,可获得精确的股骨内外轮廓三维实体模型。采用反求工程与正向计算机辅助设计相结合,可设计出匹配良好的个体化股骨假体。提示反求工程和计算机辅助设计技术为个体化假体的研制提供了一个有效可行的途径,解决假体与病变骨骼的良好匹配,可防止假体松动,提高其长期稳定性。