三维可视化系统对髋关节骨性结构的评价

背景：目前通过二维断层图像信息来判断病变组织的具体性状其难度仍然较大,而运用医学三维重建技术,将能够显著改善医务工作者对相关疾病诊断的工作效率和准确率。 目的：开发一套医学三维可视系统,能够通过读取髋关节DICOM数据重建相应部位三维模型,并通过重建模型直观观察病变髋关节的形态。 方法：使用个人电脑在WindowsXP操作系统,开发环境为VC＋＋6.0,安装VTK 5.6并进行必要设置,使用MFC开发一套医学三维可视化系统,具体步骤如下：①创建一个绘制对象。②创建一个绘制窗,将绘制对象加入绘制窗口。③读取CT图像序列,设置读取图像序列的路径。④使用MC算法抽取等值面（生成三角面片）,根据灰度的不同,分别从切片数据中提取出皮肤和骨骼。设置输入图像序列数据;设置抽取的组织轮廓线灰度值。⑤建立三角带对象和数据映射对象。⑥实现图形的绘制,接收几何数据的属性,并分别对骨骼和皮肤设置不同的颜色和透明度。⑦设置视角位置,观察对象位置和焦点。⑧创建人机交互功能。 结果与结论：使用VC＋＋6.0及VTK可以满足医学三维可视系统开发的需求,开发的三维可视系统软件能通过对髋关节DICOM格式的CT图像序列进行三维重建,重建的髋关节三维模型可以使用旋转、缩放、平移来直观的观察髋关节的骨性结构,骨折形态及类型,对相关治疗及手术有一定参考作用。     

正颌外科颅面三维虚拟手术系统的建立

目的 应用计算机三维成像技术，开发建立基于体数据的计算机三维虚拟手术系统，在计算机屏幕“手术室”中完成正颌外科截骨手术。方法 将手术前牙颌面畸形患者CT断层序列图像重建成三维体数据，通过表面绘制的方法显示出三维图像，模拟骨组织的切割、旋转和平移等手术操作并预测手术效果。结果 该系统可以帮助医生直观地观测手术过程和效果，选择合理的手术方案。结论 颅面三维虚拟手术系统具有较强可视效果，对于提高手术的安全性和准确性具有重要作用。     

医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景：VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。目的：介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。方法：基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C＋＋6.0IDE开发工具,使用C＋＋语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。结果与结论：基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景:VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。目的:介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。方法:基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C++6.0IDE开发工具,使用C++语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。结果与结论:基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

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.     

髋关节表面置换三维可视化设计

背景:髋关节表面置换过程中二维图谱只能观察到三维解剖结构的某一个侧面,不能全面地把握整体的三维结构.目的:利用个人计算机结合图像处理软件Amira 4.1对髋关节表面置换进行三维重建,建立髋关节表面置换的可视化数字模型.方法:对1例髋关节表面置换后患者骨盆进行多排螺旋CT扫描,观测内置物的位置形态,将原始数据以.dicom格式输入个人PC,利用Amira软件,经剪切、分割、表面重建及体绘制等步骤,根据解剖结构特点,对骨盆及髋关节进行三维重建,获得立体形态的髋关节及内置物位置结构.结果与结论:重建了骨盆、髋关节及内置物的形态构成,重建的三维结构可以多彩色、透明或任意组合显示,经不同角度观察,整体显示清晰、实体感强.在三维表面重建的图像中可清楚观察表面假体的位置形态,特别是可以立体直观显示全髋关节表面置换假体的大小、倾角、稳定性以及磋磨股骨头形态,并可精确测量.提示髋关节表面置换三维重建对基础研究、临床试验及手术规划具有重要价值,应用Amira软件可为三维建模提供基础.     

基于SPECT功能图像的肝脏虚拟手术评估系统

目的 建立一个基于SPECT功能图像的肝脏虚拟手术评估系统.方法 在VC++环境下,用MITK作为算法平台,对肝脏SPECT断层图像进行三维表面绘制;在绘制结果上交互式添加控制点,利用控制点插值生成切割曲面.结果 在实现三维表面绘制的基础上,仅利用二维输入输出设备,实现任意曲面切割的虚拟手术设计,可以计算虚拟手术前后的肝功能.结论 本系统可以应用于肝脏SPECT虚拟手术及术前肝功能评估,从而减小手术风险.     

计算机辅助医学图像三维重建的算法分析

背景：三维重建技术是采用计算机技术对二维医学图像进行边界识别,重新还原出被检组织或器官的三维图像。目的：分忻在不同情况下进行医学图像三维重建时如何进行算法的选择。。方法：采用计算机检索中国期刊全文数据库和Pubmed数据库。中文检索词为“医学图像,三维重建,面绘制,体绘制”,英文检索词为“medicalimages,three—dimensionalreconstruction,surfacerendering,volumerendering”。检索与医学图像三维重建算法相关的文献33篇,从面绘制重置方法和体绘制重置方法的实现原理、实现复杂度、实时显示情况等方面进行分析。结果与结论：目前,医学图像三维重建根据绘制过程中数据描述方法的不同可分为三大类：面绘制方法、体绘制方法和混合绘制方法。通过对面绘制和体绘制方法中不同算法的分析,可以看到面绘制方法在算法效率和实时交互性上是优于体绘制的,虽然面绘制方法在绘制时候会丢失许多细节,使得绘制图像效果不理想,但是由于其算法比较简单,占用内存资源少,所以目前得到了广泛的运用。体绘制方法是对体数据场中的体索进行直接操作,可以绘制出三维数据场中更丰富的信息,因此体绘制方法的绘制效果优于面绘制方法。     

计算机辅助医学图像三维重建的算法分析

背景:三维重建技术是采用计算机技术对二维医学图像进行边界识别,重新还原出被检组织或器官的三维图像.目的:分析在不同情况下进行医学图像三维重建时如何进行算法的选择.方法:采用计算机检索中国期刊全文数据库和Pubmed 数据库.中文检索词为"医学图像,三维重建,面绘制,体绘制",英文检索词为"medical images,three-dimensional reconstruction,surface rendering,volume rendering".检索与医学图像三维重建算法相关的文献33篇,从面绘制重置方法和体绘制重置方法的实现原理、实现复杂度、实时显示情况等方面进行分析.结果与结论:目前,医学图像三维重建根据绘制过程中数据描述方法的不同可分为三大类:面绘制方法、体绘制方法和混合绘制方法.通过对面绘制和体绘制方法中不同算法的分析,可以看到面绘制方法在算法效率和实时交互性上是优于体绘制的,虽然面绘制方法在绘制时候会丢失许多细节,使得绘制图像效果不理想,但是由于其算法比较简单,占用内存资源少,所以目前得到了广泛的运用.体绘制方法是对体数据场中的体素进行直接操作,可以绘制出三维数据场中更丰富的信息,因此体绘制方法的绘制效果优于面绘制方法.     

粪菌移植在胃肠疾病的研究进展

肠道微生物系统与人类的健康密切相关，其失衡会导致各类生理和心理疾病，重建或恢复肠道微生物系统的平衡是预防和治疗这些疾病的关键因素之一。近年来，粪菌移植（FMT）再次吸引了研究者的兴趣。将健康人肠道菌群分离后移植到患者肠道内，以期重建或恢复患者肠道内微生物系统的平衡，从而实现治疗的目的，被认为是具有巨大潜力的生物治疗方法。本文将对FMT发展简史、应用现状、制备使用方法和目前研究存在的问题进行综述，以期推动该技术在国内的认识、发展与应用。     

64层CT造影断层图像虚拟技术和CT仿真结肠镜的临床应用

背景：虚拟内窥镜能够充分显示结肠的解剖形态以及病变部位,并从狭窄、梗阻处两端观察肠腔的解剖和病变。结合三维图像还可了解肠壁以及腔外的情况,更有利于肿瘤的定性以及分期诊断。目的：探讨64层CT造影断层图像虚拟技术和64层螺旋CT三维成像与仿真内镜在结肠肿瘤诊断中的应用价值。方法：应用Philips/Brilliance 64 CT对10例术后病理标本证实的结肠癌（8例）和结肠息肉（2例）进行容积扫描。Mimics软件用Marching Cubes算法对肠管进行面绘制及用虚拟内镜法重建三维图像及基于CT造影二维图像对大肠及周围结构等各种组织进行三维重建,并与Brilliance workspace工作站三维成像和仿真内镜结果相比较。结果与结论：10例三维成像效果良好,虚拟内镜与CT仿真内镜显示基本一致。虚拟结肠镜结合多结构数字模型重建可以提供更多信息,有助于病变的准确定位,能准确反映其复杂的解剖结构及空间毗邻关系。说明64层CT造影断层图像虚拟技术能达到与CT仿真内镜结合三维成像同样的敏感性和特异性,加上各种组织三维重建技术可以提供较仿真内镜更丰富的信息。     

Quantification of gastric emptying and duodenogastric reflux stroke volumes using three-dimensional guided digital color Doppler imaging.

OBJECTIVE: To develop a non-invasive method for evaluating gastric emptying and duodenogastric reflux stroke volumes using three-dimensional (3D) guided digital color Doppler imaging. METHODS: The technique involved color Doppler digital images of transpyloric flow in which the 3D position and orientation of the images were known by using a magnetic location system. RESULTS: In vitro, the system was found to slightly underestimate the reference flow (by average 8.8%). In vivo (five volunteers), stroke volume of gastric emptying episodes lasted on average only 0.69 s with a volume on average of 4.3 ml (range 1.1-7.4 ml), and duodenogastric reflux episodes on average 1.4 s with a volume of 8.3 ml (range 1.3-14.1 ml). CONCLUSION: With the appropriate instrument settings, orientation determined color Doppler can be used for stroke volume quantification of gastric emptying and duodenogastric reflux episodes.     

基于直接数字合成技术用于心内膜三维标测的激励源设计

背景:低频电场定位方式下的心内膜三维标测技术中,激励源的设计是探测导管位置的前提。目的:旨在设计一种结构简单、集成度高、专用于心内膜三维标测的激励源,并通过动物实验对激励源性能进行测试分析。方法:基于直接数字合成技术,采用模块化设计,以单片机STC89C52控制三块直接数字合成芯片AD9851为核心,生成三路频率分别为28,30,32kHz的1mA正弦恒流信号。施加三路信号于动物体,采集并处理右心房内的定位信号数据,对激励源性能进行评价和分析。结果与结论:动物实验结果表明,三路信号的电流值均可稳定于1mA,其频率误差分别为0.054%,0.097%及0.056%,同时标测导管采集数据正常,能够分离出3个方向的电压信号。激励源恒流特性好、频率误差小,可满足心内膜三维标测的使用要求。     

基于直接数字合成技术用于心内膜三维标测的激励源设计

背景：低频电场定位方式下的心内膜三维标测技术中,激励源的设计是探测导管位置的前提。目的：旨在设计一种结构简单、集成度高、专用于心内膜三维标测的激励源,并通过动物实验对激励源性能进行测试分析。方法：基于直接数字合成技术,采用模块化设计,以单片机STC89C52控制三块直接数字合成芯片AD9851为核心,生成三路频率分别为28,30,32kHz的1mA正弦恒流信号。施加三路信号于动物体,采集并处理右心房内的定位信号数据,对激励源性能进行评价和分析。结果与结论：动物实验结果表明,三路信号的电流值均可稳定于1mA,其频率误差分别为0.054%,0.097%及0.056%,同时标测导管采集数据正常,能够分离出3个方向的电压信号。激励源恒流特性好、频率误差小,可满足心内膜三维标测的使用要求。     

Quantitative assessment of regurgitant flow with total digital three-dimensional reconstruction of color Doppler flow in the convergent region: in vitro validation.

BACKGROUND: This study was designed to develop and test a total digital 3-dimensional (3D) color flow map reconstruction for proximal isovelocity surface area (PISA) measurement in the convergent region. METHODS: Asymmetric flow convergent velocity field was created in an in vitro pulsatile model of mitral regurgitation. Image files stored in the echocardiographic scanner memory were digitally transferred to a computer workstation, and custom software decoded the file format, extracted velocity information, and generated 3D flow images automatically. PISA and volume flow rate were calculated without geometric assumption. For comparison, regurgitant volume was also calculated, using continuous wave Doppler, 2-dimensional (2D), and M-mode color flow Doppler with the hemispheric approach. RESULTS: Flows from 3D digital velocity profiles showed a closed, excellent relation with actual flow rates, especially for instantaneous flow rate. Regurgitant volume calculated with the 3D method underestimated the actual flow rate by 2.6%, whereas 2D and the M-mode method show greater underestimation (44.2% and 32.1%, respectively). CONCLUSION: Our 3D reconstruction of color flow Doppler images gives more exact information of the flow convergent zone, especially in complex geometric flow fields. Its total digital velocity process allows accurate measurement of convergent surface area and improves quantitation of valvular regurgitation.     

基于通用CAD技术的三维假牙模型重建

背景:由于全口假牙没有牙齿作为牙托的支撑,压力全部到牙龈上面,假牙活动咀嚼食物时不可避免对作为牙托支撑的牙龈进行磨损,患者也经常出现牙龈发炎和假牙托的金属过敏症状,因此为患者安装假牙前,医生必须先测试其对假牙材料的适应性。目的:对经历磨合期后的假牙进行三维模型重建。方法:使用激光扫描仪等数字采集设备采集了经过磨合期的全口假牙三维数据,利用逆向软件进行减少噪声点、数据滤波、数据精简及对缺失的数据进行修补等预处理并封装为三角曲面,通过Pro/E等三维设计软件实现模型的重建。结果与结论:通过激光扫描仪、CT等数字采集设备采集经过磨合期的全口假牙三维数据,利用逆向软件对采集到的数据进行预处理包括减少噪声点、数据精简、数据滤波及对缺失的数据进行修补等并提取曲线模型,最后在Pro/E等三维设计软件中实现了模型重建。重建的模型可为假牙的制作提供数字信息,也可以通过快速成型得到假牙的复制品。逆向重建的经过磨合期的全口假牙,不仅节约了时间,减少医生的劳动强度,还降低患者对材料过敏的风险,缩短患者与假牙的磨合期,减少患者的痛苦。     

基于通用CAD技术的三维假牙模型重建

背景：由于全口假牙没有牙齿作为牙托的支撑，压力全部到牙龈上面，假牙活动咀嚼食物时不可避免对作为牙托支撑的牙龈进行磨损，患者也经常出现牙龈发炎和假牙托的金属过敏症状，因此为患者安装假牙前，医生必须先测试其对假牙材料的适应性。目的：对经历磨合期后的假牙进行三维模型重建。方法：使用激光扫描仪等数字采集设备采集了经过磨合期的全13假牙三维数据，利用逆向软件进行减少噪声点、数据滤波、数据精简及对缺失的数据进行修补等预处理并封装为三角曲面，通过Pro／E等三维设计软件实现模型的重建。结果与结论：通过激光扫描仪、CT等数字采集设备采集经过磨合期的全13假牙三维数据，利用逆向软件对采集到的数据进行预处理包括减少噪声点、数据精简、数据滤波及对缺失的数据进行修补等并提取曲线模型，最后在Pr0／E等三维设计软件中实现了模型重建。重建的模型可为假牙的制作提供数字信息，也可以通过快速成型得到假牙的复制品。逆向重建的经过磨合期的全口假牙，不仅节约了时间，减少医生的劳动强度，还降低患者对材料过敏的风险，缩短患者与假牙的磨合期，减少患者的痛苦。     

实质性脏器内血管结构的三维超声重建

本研究对１０例正常人的肝肾和５例肾移植患者的移植肾内血管结构进行了三维超声重建。所用方法包括彩色多普勒血流图和能量图，磁场空间定位自由扫查及透明成像技术。结果显示，彩色多普勒血流图或能量图可很好地显示脏器内各级血管分支内血流。磁场空间定位自由扫查使二维图像采集过程方便灵活，可对肝肾等体积较大且位置特殊的脏器实施一次性大范围扫查采样。透明成像方法可淡化实质性组织结构的灰阶信息，显示脏器内部的血管结构。动态显示更有利于观察脏器内血管结构与周围组织结构之间的空间位置关系。因此，将上述几种新技术有机结合，可对实质性脏器内血管结构进行三维重建，为疾病的诊断或治疗提供更加丰富的信息。     

建立反映心脏内部各腔室结构的数字化三维模型

背景：心脏内部各腔室精细结构的数字化三维模型,不仅能够加强对心脏生理的认识,还能为心脏电生理仿真与心内膜电生理标测导航的研究提供重要的基础医学数据。目的：建立符合心腔实际解剖结构的三维数据,建立反映心脏内部各腔室结构的数字化三维模型。方法：在 MATLAB软件环境下完成图像分割,首先对医学人体断层数据集中心脏切片图像进行自动配准,再运用聚类法根据图像的颜色特征对图像中各组织与成分进行分类,随后经区域生长法处理实现心腔及相关连通区域的图像分割与提取。所得图像导入专用医学图像处理软件,完成心腔三维模型重建。结果和结论：所提出的方法能够重建出较为精细的心腔结构三维模型。此模型中左右心房、心室结构明晰,能清楚地观察到主动脉、上腔静脉等血管,三尖瓣与二尖瓣等微细结构也有所体现。结果说明,重建的三维模型能够准确地反映出人体心腔解剖学结构特征,为心脏电生理方面的仿真和标测研究提供基础的医学数据支持。