"虚拟中国人男性一号"高精度骨骼系统的三维建模

目的：建立人体整体骨骼系统的高精度三维模型，为解剖教学、生理模拟等应用提供三维数据集。方法：采用虚拟中国人男性一号（Virtual Chinese Human Male No．1）的2000万像素的高分辨率切片数据，使用半自动交互方法对全身骨组织进行分割和标识，使用并行三维重建算法对海量的全身骨骼数据进行快速的三维建模。结果：建立了高质量的全身骨骼三维模型；通过初步的细分，实现了单块骨骼的单独与任意组合显示。结论：在高分辨率的切片数据基础上，通过精细分割，建立了高精度的骨骼系统三维模型。     

虚拟中国人女性一号松质骨图像数据的配准与三维重建

目的：研究从虚拟人体数据集中松质骨连续切片图像的分割、配准、及三维重建的技术方法。方法：利用现有的虚拟中国人女性一号数据集中腰椎和股骨部分解剖连续切片数据集，用基于外置标记点和分割—计数法两种方法进行参数计算，依参数对图像进行刚体变换完成配准，将配准后的切片图像输入二维图像处理软件进行分割，提取感兴趣区域后输入三维重建软件进行三维重建。结果：重建后的松质骨三维立体图像呈均匀、致密的立体网状结构，骨小梁连接清晰可见。结论：利用现有软件及技术可重建虚拟人体的精细结构。     

HCT图像中骨小梁结构的三维重建

本文研究人体CT图像中腰椎松质骨骨小梁数据集的获取、分割及三维重建的技术方法.利用高速螺旋CT(HCT)技术和图像数码转换技术,获取了人体腰椎松质骨CT连续图像数据集,将切片图像输入二维图像处理软件进行分割,提取感兴趣区域后输入三维重建软件进行三维重建与定性分析.重建后的松质骨三维立体图像呈均匀、致密的立体网状结构,骨小梁连接清晰可见.提示利用现有软件和技术可重建松质骨骨小梁三维立体图像和诊断骨质疏松.     

女性盆底可视化研究

目的：建立中国人体女性盆底部局部可视化数字模型。方法：应用中国女性数字化可视人体数据集，采用体绘制及面绘制重建方法，分别在P4微机和SGI工作站上对盆底部结构进行计算机三维重建及立体显示。结果：在P4微机上实现女性盆底部交互式三维可视化，在SGI工作站上重建了女性盆底部三维数字模型，三维重建图像能够清晰显示盆底部肌肉与骨性结构、膀胱、子宫及直肠等的三维解剖关系。结论：中国女性数字化可视人体数据集能够提供完整精确的断面数据，女性盆底三维交互可视化及数字模型准确反映该区域复杂的解剖结构及其空间毗邻关系，可为该区疾病的影像诊断及外科手术治疗提供形态学依据。     

数字化喉标本模型的建立与虚拟现实仿真

目的:为喉的解剖学教学提供丰富多样的教学模型,模拟喉区解剖结构的虚拟仿真解剖学教学,拓展解剖学的教学模式和教学手段.方法:利用人工识别的方法对第2例中国数字化可视人体喉区段的图像进行图像分割,建立高精度的彩色分割数据集,利用自主开发的图像格式转换软件将彩色分割数据自动转换为灰度分割数据.利用Amira可视化软件对灰度分割数据进行阈值分割.经三维重建,建立喉区主要器官结构的数字解剖模型.在立体显示环境中,并利用交互式设备实现了数字模型的显示与隐藏、旋转与切割等虚拟仿真解剖,模拟喉区主要解剖结构的虚拟仿真解剖学教学.结果:建立了喉的精细数字解剖标本模型,该模型真实地反映了实际的解剖标本,具有形象直观的特点,可无限次使用,在虚拟现实环境中真实仿真了喉区标本的解剖学展示.结论:利用中国数字化可视人体可建立喉区细小结构的数字解剖标本,对模型可实时交互式地进行仿真解剖教学.     

基于虚拟中国人数据集的鼻部及颞骨解剖结构三维重建

目的：为可视化虚拟人体模型鼻部及颞骨解剖结构的三维重建探索一种可行的方法。方法：利用3D-Slicer软件进行鼻部及颞骨部分解剖结构的三维重建。对单层图片进行图象分割及提取，处理后的体数据导入3D—Slicer，选择阈值进行进一步的图像分割，产生感兴趣区的标志图，进而重建出组织结构的三维表面模型。结果：成功重建了四组鼻窦，鼻中隔，中下鼻甲，颞骨，鼓室，乳突气房，乙状窦，颈内动脉的三维表面模型，并可显示不同结构间的毗邻关系与空间定位。结论：基于中国第一号虚拟人数据集，用3—D软件可以实现鼻部颞骨部分解剖结构三维可视化，便于对该部解剖结构的观察和理解。     

男性泌尿生殖系统数字化模型在解剖教学中的应用

数字化人体研究是将成千上万条人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像,构成人体形态学信息研究的实验平台[1]。建立三维数字化模型,不仅给解剖教学开辟了一个新的领域,而且为医学、影像诊断学、生命科学以及后基因组学的研究和应用提供基础数据与相应技术支撑。1男性泌尿生殖系统数字化模型的研究情况1.1基于3D-DOCTOR软件的三维重建将CVH-1可视化男性人体数据集的腹盆腔连续断面图像导入3D-DOCTOR软件,用该软件自带的分割工具逐层对泌尿生殖系统器官及部分重要毗邻结构进行数据分割,并行多边形面绘制三维重建…     

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。     

虚拟手可视化模型的初步研究

目的:建立具有解剖结构的虚拟手三维可视化模型。方法:选用首例中国女数字化可视人体数据集(CVH2)为原始数据源,用Adobe Photoshop软件先对手部的重要结构进行预处理和图像分割,再用VisualC 6.0和VTK(Visualization Toolkit)可视化工具包作为开发平台,采用经典的Marching Cubes算法,对分割后的图像进行三维重建。结果:重建出了手部皮肤、桡骨、尺骨、腕骨(包括周骨、月骨、三角骨、豌豆骨、大多角骨、小多角骨、头状骨、钩骨)、第I～V掌骨、第I～V指骨第(包括近节指骨、中节指骨、远节指骨)的三维可视化模型,可以任意角度和比例大小对它们进行交互式观察,清楚地显示了它们在空间上的位置关系。该模型还实现了多模式的交互演示和角度测量、鼠标取点等实时交互功能。结论:为虚拟手的建模研究提供了三维可视化的解剖模型,探索了三维解剖建模的新的技术方法,并为进一步研究手的物理及运动生理建模建立了初步的技术平台。     

窄带Level Set与可视化技术在耳蜗分割中的应用

耳蜗的分割是对耳蜗进行模型化和分析研究的前提。采用三维窄带水平集(level set)算法与可视化技术相结合的交互式分割方法对耳蜗进行分割,三维窄带水平集算法用于体数据中感兴趣目标的分割,可视化技术对分割结果进行三维显示,显示结果作为用户调节算法参数的依据,经过多次的人机交互,从而获得满意的分割结果。我们详细地阐述了水平集及窄带水平集算法的基本原理、特点,并成功应用三维窄带水平集算法实现了颞骨螺旋CT(Computed tomography,CT)图像中耳蜗目标的分割。实验表明三维窄带水平集算法与可视化技术相结合的交互式分割方法可以很好地实现医学体数据中耳蜗的分割,与对体数据逐层分割的方法相比,速度有了很大提高。     

人体大脑数字化解剖模型的构建及可视化

目的构建人体大脑数字化解剖模型，为实现大脑的计算机精确模拟提供可操作的基础平台，为人体大脑功能研究提供解剖学框架。方法采用低温冷冻铣切技术采集人体大脑的横断面图像，用课题组自行开发的软件，将分割提取后的脑断面图像进行重建，建立大脑三维模型。用与香港中文大学合作开发的可视化软件，在三维空间上对人体大脑结构进行可视化研究。结果建立了以前后连合间线中点为原点的大脑三维模型，且模型上每一像素都有相应的解剖标识，其任意一点的坐标均能显示；大脑的三维模型可以任意切割显示大脑内部结构：重构后的大脑结构还可进行三维测量。结论大脑数字化模型建立在临床常用的三维空间坐标系中且模型上每一像素都有相应的解剖标识，为模型驱动分割算法的研究提供了模板，同时也为神经解剖教学提供了一种新的、直观的手段。具有明确解剖标识和量化空间信息的数字化人大脑模型，与坐标系统联系起来，还为人大脑各类图像配准提供了公共参考系统。     

胰腺及其周围血管的三维重建和显示及临床意义

目的：利用腹部胰腺的CT数据进行三维重建和显示，研究胰腺正常和病变组织及其与周围血管的形态和位置关系。方法：20例临床病人腹部Light—speed CT增强扫描的原始数据，利用“医学三维图像工作室”软件系统对其进行读取、三维重建和显示。结果：重建出的胰腺及其周同血管图像真实，能实时旋转、任意厚度多次重建、切割，能观察出胰腺病变情况和周围血管受累程度。结论：本研究实现了胰腺及其周围血管的三维重建和显示，探讨出一种内脏器官和血管的重建方式，对断层影像解剖学教学、临床影像学诊断和治疔方案的设计具有明确的辅助作用。     

数字化人体喉的三维重建及其可视化

目的:构建基于PC的喉部三维可视化模型,为喉部解剖教学、虚拟喉科手术及临床喉外科手术治疗方案的选择提供数字化三维解剖学依据。方法:从第三军医大学采集的首例中同数字化可视人体数据集中提取会厌软骨上缘至环状软骨下缘的断层图像,在PC机上经数据分割、对位重建、平滑处理和三维显示等步骤,完成对喉部结构的三维重建和立体显示。结果:完整地重建了喉部各重要结构,可显示喉部各结构的空间位置和毗邻关系,重建结构可以单独或联合显示,可在在维空间位置上绕任意轴旋转任意角度。结论:该数字化可视人体数据集能够较好地重建喉的可视化模型,重建结构逼真,能展示喉的真实面貌,该结果可应用于喉外科手术辅助教学以及手术入路的辅助设计等。     

国人肺静脉系统的三维可视化

目的 对中国数字化可视人体(CVH)男1号肺静脉系统进行三维重建,研究肺静脉系统的解剖特点,为教学、影像诊断及胸部手术提供精确的肺静脉系统三维模型.方法 对中国数字化可视人体数据集连续断面图像进行连续追踪观察和图像配准,在包含肺的断面上分割肺静脉,对分割结果运用3DMed软件通过阈值分割算法进行三维重建.结果 本研究完整地重建出肺静脉系统,重建图像质量较高,可单独显示肺静脉系统三维模型,也可同时显示肺和肺静脉以及肺内其他管道系统三维模型,以显示肺内各结构的空间位置和毗邻关系,以上结构都可从任意角度进行观察并进行缩放.结论 本研究分析了肺静脉系统的组成及其在肺内的空间分布情况,实现了肺静脉系统的三维可视化.     

15例成年国人颞骨内部结构CT解剖学

目的:研究成年国人颞骨内部解剖结构的CT重建图像,为临床耳显微外科及神经外科手术提供解剖学依据。方法:15名健康志愿者应用Picker5000螺旋CT机,平行于听眦线扫描,应用VoxelQ工作站进行多层面重建(multi planar reconstruction,MPR),表面遮盖重建(surface shaded display,SSD)及仿真内窥镜成像(CT virtual endoscopy,CTVE),多角度旋转观察颞骨内部解剖结构。结果:MPR能在不同切面显示耳蜗、半规管、内耳道及面神经管垂直段等结构,显示率为100%;SSD能清晰显示颞骨重要的骨性结构,如内耳门、颈静脉孔等,冠状位切割后的SSD图像能生动地显示锤骨、砧骨的立体形态及空间关系;CTVE可模仿内窥镜从外耳向中耳移动,清晰显示骨性外耳道、鼓室内侧壁及听骨链等结构。结论:MPR可行多方位重建,有助于耳颞部病变的全面了解,是轴位CT良好的补充;SSD、CTVE可准确、立体的观察颞骨内部解剖结构,对临床诊断、手术方案的设计、医学教学等具有指导意义。     

基于VTK的医学图像网格化建模系统开发

开发了一套基于VTK的集医学图像处理、三维重建、有限元网格生成功能为一体的软件系统,实现了从医学图像到有限元网格解剖真实的几何建模.系统通过读取医学切片图像,在图像预处理、分割、表面重建、平滑与简化后生成解剖真实的几何模型和有限元网格.系统可输出CAD、RP/RM、有限元体网格文件,为基于医学图像的生物力学仿真、基于数值模拟的外科手术规划、快速成型与制造服务.     

上颌骨种植体与天然牙三维有限元模型的建立

探讨获得种植体与天然牙在上颌骨复合体三维影像以建立三维有限元模型的方法。采用螺旋CT断层扫描技术,数字影像与转录技术,自编程序与ANSYS软件相结合,将CT扫描图像转换为可用于有限元建模的数值图像。结果表明:三维有限元实体模型与螺旋CT三维重建影像比较,几何相似性与还原性良好,材料构造合理。说明采用螺旋CT扫描技术及ANSYS软件,建立上颌骨种植体模型切实可行,结果令人满意。     

上纵隔可视化模型的制备

目的:建立中国人体上纵隔区域内主要结构的数字化可视模型,为临床上纵隔疾病的影像学诊断及外科手术方案选择提供形态学依据。方法:采用第三军医大学数字人体研究所提供的数字化可视人体数据集中上纵隔部位的连续图像,运用体数据绘制及表面绘制的重建方法,在计算机上对上纵隔内各个重要结构进行计算机三维重建和立体显示。结果:上纵隔数字化可视模型能够清晰显示其各个主要结构的形态、位置及毗邻关系,各结构可单独显示和合成显示,并可任意方向的旋转。结论:数字化可视人体数据集对于上纵隔内容的显示,能较好地提供完整而精确的解剖学断面数据,重建后的可视化模型能准确反映该区域复杂的解剖学结构特点及其空间毗邻关系。     

颞下颌关节骨骼肌肉系统三维有限元模型的构建

目的探讨基于影像学与解剖学构建颞下颌关节(temporomandibular joint,TMJ)骨骼肌肉系统三维有限元模型的可行性,为TMJ生物力学研究提供建模的新思路。方法采集第2代中国虚拟人男性第23号头颅CT图像、咀嚼肌及TMJ关节盘MRI图像,以DICOM格式导入Mimics软件进行三维重建,再通过Geomagic Studio软件配准模型、优化模型及构建关节软骨和关节囊,最后由ANSYS软件定义各组织的材料属性,建立TMJ骨骼肌肉系统的三维有限元模型。结果建立了一个包含关节盘、关节软骨、关节囊、上颌骨(包括颧骨及鼻骨)、下颌骨、颞骨(包括部分顶骨)、蝶骨、上牙列、下牙列、颞肌、咬肌、翼内肌、翼外肌、颞下颌韧带、蝶下颌韧带及茎突下颌韧带的TMJ骨骼肌肉系统的三维有限元模型。结论根据CT、MRI图像和解剖学,利用Mimics、Geomagic Studio及ANSYS可以精确、可行地构建TMJ骨骼肌肉系统的三维有限元模型。模型更加真实还原TMJ的生物力学环境,为TMJ生物力学研究提供新的建模方法,为临床上TMJ疾病的可视化治疗提供仿真平台。