MRI和CT图像融合构建头面部分层网格模型的研究

目的:分层构建头面部软、硬组织三维网格模型,探讨其在计算机辅助手术中的应用价值.方法:依据正常人头面部MRI和三维CT断层扫描图像,进行MRI与CT图像的融合,识别确定重建对象,对皮肤、皮下组织及骨组织采用灰度阈值法进行自动重建;采用MIMICS软件对获取的医学信息进行分层网格划分,完成建模.结果:完成了包含皮肤、皮下组织和骨组织的正常人头面部三维网格模型.模型单元及节点数分别为皮肤层36524个单元,18263个节点;皮下层38954个单元,19247个节点;头颅68722个单元,33689个节点.结论:利用医学影像资料的图像融合,采用MIMICS软件等数字图像技术可实现人头面部复杂结构的精确三维重建和分层网格划分.     

基于CAD技术的个体化下颌骨正交各向异性有限元模型的建立

目的 建立个体化下颌骨正交各向异性三维有限元模型.方法 利用CT薄层扫描下颌骨获取的断层图像数据,在自主开发的USIS软件的基础上,自动分辨骨皮质和骨松质轮廓边界,并对下颌骨采用"非种子区域分割"、非平行"最佳切割曲面"及"B样条曲线拟合法"一系列新型CAD方法进行人机对话自动重建精确的几何表面模型.定义结构材料参数后划分网格,并导入有限元计算软件ANSYS9.0中完成三维有限元建模.结果 建立了结构精确的个体化下颌骨正交各向异性的三维有限元模型.结论 基于CT数据和USIS软件的新型CAD方法实现了个体化下颌骨正交各向异性三维有限元模型的建立.     

人体上呼吸道三维有限元重建与流场数值模拟

目的重建人体上呼吸道三维模型,研究人体上呼吸道内的气体流动状况。方法基于志愿者CT医学图像,用表面重建的方法对人体上呼吸道进行三维重建并用有限元方法对整个腔体中的气体流动进行数值模拟及分析。结果建立了人体上呼吸道的三维有限元模型,从数值模拟结果可以得到人体呼吸过程中气体流场在整个腔体中的分布。结论所建模型较真实地反映了实际解剖结构形态。数值模拟结果对临床上呼吸道解剖结构与功能相关疾病的诊断、发病机理的深入探讨具有参考价值。     

应用Mimics软件辅助重建人体胸廓三维有限元模型的研究

目的建立人体胸廓三维有限元模型,为研究人体胸外按压的临床效果与机制提供生物力学仿真基础。方法获取1例20岁男性胸部CT扫描图像,将断层影像输入到Mimics10.1软件,利用Mimics软件的三维模型重建和有限元网格辅助划分功能,在Ansys软件中建立完整的人体胸廓三维有限元模型。结果完整重现了人体胸廓的复杂形态,建立了包括锁骨、肋骨、脊柱等结构在内的鲜明、直观的人体胸廓三维有限元模型,共1 158 085个节点、736 022个单元,并依据CT图像灰度值将胸廓模型从骨皮质到髓核区分为6种材料性质。结论利用Mimics软件辅助建立的人体胸廓三维有限元模型具有较高的真实性和精确度,能够满足人体胸廓生物力学分析的需要,为下一步人体胸廓有限元模型的分析提供了基础。     

足部三维有限元模型的建立和跗跖关节模拟碾伤生物力学特性

目的 通过CT数据对人体足部主要结构进行三维有限元模型建立,并对跗跖关节进行准稳态有限元受力分析.方法 对一成年女子行足部螺旋CT扫描,将所得图像经Mimics、GUG、ANSYS等软件处理得到三维有限元数字模型,并对跗跖关节进行准稳态有限元力学分析.结果 建成了足部包括全部骨骼、韧带、皮肤、软组织的三维有限元数字模型,并在正常及模拟碾压伤情况下对跗跖关节进行了有限元应力分析.结论 在正常及模拟碾压伤情况下第二跖骨所受应力最大并集中于第二跖骨基底部.     

数字化塑型钛网修复颅骨缺损28例分析

颅骨缺损在神经外科极为常见。在成年人,直径〉3 cm的颅骨缺损均需要进行颅骨修补。2005年5月-2009年5月,我们采用计算机三维CT虚拟重建和计算机数控成形技术,个体化预制颅骨修补材料钛网,重建和修复不同部位颅骨缺损28例,效果满意。现分析报告如下。     

大鼠坐骨神经损伤后显微及超微结构的三维重建

利用大鼠坐骨神经损伤后再生神经组织连续切片重建其显微及超微结构的三维图像。用硅胶管桥接90只大鼠左侧坐骨神经长6mm缺损，术后7、15、30、60、90天取坐骨神经行光、电镜检查，经显微摄像和扫描仪采集输入微机进行图像配准和分割，采用直接体素绘制模型实现三维重建和显示。结果显示，利用光镜和电镜图像完成了坐骨神经损伤后变性、再生过程中神经纤维及附属结构的形态变化的三维图像重建。重建结果能直观、形象地揭示大鼠再生坐骨神经纤维与正常神经纤维结构形态的差异，可作为周围神经损伤研究的一种新手段。     

人体足主要骨-韧带结构三维有限元模型的建立及分析

目的:建立正常人体足主要骨-韧带结构的三维有限元模型,为足部生物力学研究提供数字平台。材料和方法:获取正常青壮年男性的左足螺旋CT扫描图像,应用逆向工程原理,通过处理序列螺旋CT图片建立足部骨结构的三维几何模型,并对其进行有限元网格划分。足部关节软骨、韧带、肌腱和足底软组织通过解剖和文献数据模拟。同时,对7具新鲜尸体标本足作生物力学测试,分析计算有限元模型及生物力学测试中足部骨骼的应力、位移变化情况。结果:建立了包括170426个节点、118342个单元的关节、骨、软骨、韧带和足底软组织在内的正常人体左足骨骼及韧带结构的三维有限元模型,较客观地反映了人体足的解剖结构和力学特性。与新鲜尸体标本的生物力学测试结果比较,位移变化有相同趋势。结论:运用逆向工程原理可有效构建人体足的三维几何模型,在此基础上基于解剖和离体标本实验结果构建其生物力学有限元模型,可用于足部生物力学变化规律的可视化分析。     

颌面骨螺旋CT扫描和三维重建参数的研究

通过对颅骨螺旋ＣＴ扫描和三维重建参数的选择,以获得最佳三维图像。材料与方法,采用砂颅各２个及２位正常志愿者,采用不同层厚和床速的螺旋ＣＴ扫描,并行不同间隔、不同阈值的表面阴影显示法三维重建。结论薄的层厚,重叠重建,、适当的阈值可获得最佳的颅骨三维图像。     

基于磁共振Dixon图像深度学习进行模拟CT骨重建的研究

【摘要】目的：基于磁共振Dixon图像的不同组合，采用深度学习方法进行颅骨二值重建，通过与CT图像比较评估骨重建效果。方法：回顾性收集2021年6月-8月共21例头颅CT和MR图像。刚性配准后，将CT值大于150和400HU像素点作为颅骨组织。采用U-Net神经网络模型训练，16例作为训练集，5例作为测试集。使用Dixon四种对比图像及其不同组合形成集成模型，进行二值颅骨图像重建。采用戴斯相似性系数（DSC）、准确度、敏感度和特异度评估骨重建效果。结果：在以400HU为阈值重建MR二值骨图像，水相和同相位组合的重建结果DSC值最高（0.760±0.038）。在以150HU为阈值时，水相和反相位组合的重建结果DSC值最高（0.795±0.040）。150HU重建结果比400HU敏感度高（0.880±0.050 vs. 0.855±0.052），特异度下降（0.977±0.004 vs. 0.982±0.004）。结论：利用Dixon图像进行深度学习重建颅骨二值图像，在400HU为阈值时水相和同相位图像结合进行颅骨重建的效果最优，在150HU为阈值时水相和反相位图像结合的效果最优。     

上颌骨种植体三维有限元模型的建模方法

目的 探讨获得种植体在上颌骨复合体三维影像以建立三维有限元模型的方法。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 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。结论 借助螺旋CT扫描技术及ANSYS软件，建立上颌骨种植模型是切实可行的，结果是满意的。     

Image reconstruction incorporated with the skull inhomogeneity for electrical impedance tomography

The structural similarity of the head model affects the accuracy of forward solution to electrical impedance tomography (EIT). Generally, the four-concentric circle model (FCCM) is used as the head model, which ignores the inhomogeneous distribution of the conductivity of real skull. In order to decrease the errors caused by using FCCM, a more accurate head model named inhomogeneous skull model (ISM) has been proposed and a reconstruction algorithm incorporated with ISM has been developed for brain EIT. Simulation results have shown improvement in image quality and localization accuracy when using ISM. It is also suggested that the reconstructed image could be more sensitive to the location of bony sutures than to the variation of skull thickness. In conclusion, incorporating skull inhomogeneity into image reconstruction is an effective way to improve image quality and localization accuracy for brain EIT.     

磁共振WATS技术在颞下颌关节三维有限元建模中的应用价值

目的　探讨磁共振WATS技术在颞下颌关节三维有限元建模中的应用价值。方法　利用超薄层磁共振T1W 3DWATS成像技术对模型进行数据采样 ,采用Matlab大型科学计算软件及Ansys三维有限元专用软件建立颞下颌关节模型。结果　建立出的模型形态理想 ,髁突、关节盘及关节结节等与活体解剖TMJ具有良好的相似性 ,尤其对关节盘的位置形态模拟较精确。结论　磁共振WATS技术在显示关节软骨上有独特优势 ,利用该成像技术建立TMJ三维有限元模型比以往其它成像技术更精确 ,为进行TMJ生物力学分析奠定了良好基础     

Prerequisites for the clinical application of 3-dimensional ultrasonic imaging

After satisfactory experimental results with three-dimensional data acquisition and presentation of the kidney in vitro, we wanted to show how our technique could be used for medical application in vivo, such as ultrasonic 3D reconstruction of organs. The sector scans were taken by rotating the scan head 10 degrees in any direction around the length of the axis. The organ was scanned with 18 images and reconstructed. The digital images, using the organ contours, allowed 3D reconstruction of the original organ, relying on the computer memory. The first results in reconstructing uteri show how this scan head can be used in combination with the computer programs for medical application. For the first time, it has become possible to present computer-generated views of an organ cross-section that has been impossible to obtain by means of traditional ultrasound techniques. Recent experiments using this method show new ways of diagnosing tumors.     

基于非均匀颅骨头模型的电阻抗断层成像图像重构

目的 研究非均匀颅骨对脑部电阻抗断层成像(EIT)的影响,以提高重构图像的质量.方法 提出一种基于非均匀颅骨头模型的二维动态EIT成像算法,对脑出血病灶进行成像,并依据本文提出的图像质量评价指标,将重构结果与采用均匀圆头模型和4层同心圆头模型的脑出血成像结果进行了比较. 结果 采用非均匀颅骨头模型时,重构图像的相关性与目标定位准确性均有明显提高. 结论 结合颅骨非均匀性进行图像重构是一种有效的提高脑部EIT成像质量的方法.     

人颞下颌关节CT三维重建及其有限元实体建模

目的：由活体直接获得人颞下颌关节（包括下颌骨、关节盘及关节结节）的三维影像,以建立其三维有限元模型。材料与方法：利用ＡｕｔｏＣＡＤ软件及螺旋ＣＴ扫描技术与三维有限元分析方法相结合,将ＣＴ扫描图像转换为可用于有限元实体建模的数字图像。结果：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,并由此建立了理想的人颞下颌关节三维有限元模型。结论：在临床实践中,借助于螺旋ＣＴ扫描及Ａｕｔｏ－ＣＡＤ软件在活体建立人颞下颌关节三维有限元模型是切实可行的,结果是满意的。     

正常人髋臼-软骨-股骨头三维有限元模型的建立

目的 建立正常人髋臼-软骨-股骨头三维有限元模型,为股骨头坏死的生物力学研究奠定基础.方法 ①选择1例健康志愿者,进行髋关节冠状MRI扫描,用MATLAB和ANSYS软件进行图像分析,建立正常人髋臼-软骨-股骨头三维几何模型.②分别对髋臼-软骨-股骨头几何模型的不同结构赋予相应的材料参数,并经ANSYS软件划分网格,建立髋臼-软骨-股骨头有限元模型.③在该模型上模拟人体站立状态,设置边界条件和加载条件,执行计算.与临床文献进行对照,验证模型的有效性.结果 利用正常人髋关节MR影像,建立了髋臼-软骨-股骨头正交各向异性三维有限元模型,共89961个节点,448159个单元.计算结果最大位移发生在股骨头,最大应力发生在股骨颈.与文献及实际情况相吻合.结论基于髋关节MR影像的三维有限元模型几何相似性好,分析结果可信,所建立的髋臼-软骨-股骨头三维有限元模型可进行股骨头的生物力学研究.     

颅内和头颈部病变CT血管造影的三维成像

探讨螺旋ＣＴ血管造影及三维图像重建（３Ｄ－ＳＣＴＡ）在颅内和头颈部病变诊断中的价值。材料和方法：９８例头颈部病变患者接受了３Ｄ－ＳＣＴＡ检查,其中包括颅内动脉瘤３２例,颅内ＡＶＭ５例,颈动脉粥样梗化３５例,脑膜瘤１１例,硬膜型海绵状血管瘤２例,颅底神经纤维瘤３例,颈部肿块６例,颈椎椎管内神经纤维瘤４例。结果：全部患者顺利经受螺旋ＣＴ血管造影检查,３５例颈动脉粥样硬化均显示清楚,且能够检出附壁钙化性