基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成

背景：CT成像质量的优劣不仅取决于仪器的精密性和先进性,在很大程度上也取决于重建算法,由二维扇束扫描向三维锥束扫描是CT技术的发展方向,因此,寻找一种合适的锥束重建算法具有无法忽略的意义。 目的：探讨基于C型臂超短扫描路径锥束投影的图像合成,为实现基于C型臂2D投影图像的3D模型重建提供算法支持。 方法：由第一作者于2012年3至5月检索PubMed数据库、CNKI系列数据库及万方数据库1990年至2011年文献。检索词为“C型臂,超短扫描路径,FDK算法,有限角锥形束三维重建,超短扫描扇束重建算法”,检索文章的语言种类为中文和英文。计算机初检得到58篇文献,其中19篇符合纳入标准被保留。 结果与结论：基于C型臂2D投影图像的3D模型重建必须进行三维模型的重建,目前应用最为广泛的的三维图像重建方法仍然是FDK。但是FDK算法适用于全路径,对超短路径而言不能直接采用,而通过将二维扇束重建算法推广到三维空间中而获得的短扫描轨迹的FDK类型锥束重建算法可对采集到的锥束投影数据进行感兴趣区域重建。未来的研究可针对减少噪声等干扰数据对重建质量造成的影响进行探讨。     

C形臂X线机的原位投影增强系统

目的移动C形臂X线机是微创骨科手术中必不可少的成像设备。针对当前微创骨科手术需要反复透视和操作直观性差的问题,本文提出一个针对移动C形臂X线机的原位投影增强系统。方法首先设计了一种双重反射的投影增强模块;然后基于上述模块,提出一种基于动态追踪的系统标定方法,以实现投影光路与X射线光路重合;接下来利用图像的单应性变换关系,分别对投影模块与X射线成像模型间的几何模型偏差和系统残留偏差进行校正,进而优化系统投影精度;最后构建原型系统,测试了系统性能并设计腰椎体膜和猪腿胫骨实验进行验证。结果在精度验证模体距影像探测器不同高度下,系统投影误差为1. 17 mm±0. 19 mm;固定验证模体,在移动C形臂X线机不同摆放角度下,系统投影误差为1. 06 mm±0. 22 mm。腰椎体膜和猪腿胫骨模体实验表明,可直接在患者体表观察到患者骨骼等结构的投影信息。结论本文提出的移动C形臂X线机投影增强系统,能够原位投射患者透视影像,直观地辅助医生术中操作,减少了术中反复透视获取手术工具和患者内部结构位置关系的次数,显示出系统未来临床应用的可行性。     

M3D:面向3D打印的医学图像重建平台

本研究旨在构建面向3D打印的医学图像3D重建平台,实现医学影像数据的目标分割、3D重建与3D打印所需区域裁剪与输出功能。该软件平台采用Qt设计用户界面,调用ITK、VTK类库处理医学影像数据。软件平台实现了医学影像数据的输入输出及处理、分割与3D重建等功能;在3D打印模型输出前,可实现对感兴趣区域的截取。以肘关节为例,利用该平台可实现模型重建,截取区域输出STL文件并完成3D打印。结果表明,该软件平台操作简单、界面简洁,可以从医学影像数据中重建得到3D模型,并进行3D打印,具有重要的临床应用价值。     

基于2D投影图像的血管三维重构与显示技术

基于２Ｄ投影图像的血管三维重构与显示技术杨绍洲，李树祥第一军医大学生物医学工程系（广州５１０５１５）引言传统的血管造影成像设备如数字减影（ＤＳＡ），计算机断层造影（ＣＴＡ），磁共振造影（ＭＲＡ）等只能显示血管的二维（２Ｄ）结构。ＤＳＡ显示血管的２Ｄ投...     

C形臂X线投影图像3D建模及其应用

C形臂X线投影图像3D建模是指以C形臂获取的X线2D投影图像为基础,实现骨骼3D模型的术中重建。与单纯的2D切片图像或投影图像相比,3D重建模型不仅含有更为丰富的骨骼外部形状等解剖结构信息,而且还可包含骨密度及强度等骨骼内部多元有用信息。该技术在骨组织活检、椎弓根螺钉植入、髓内钉固定、及手足骨折修复等手术方面具有广阔的应用前景。对C形臂X线投影图像3D建模技术的研究意义、现状及现存问题进行介绍。在此基础上,分析了该技术所涉及的主要研究内容,提出了可分别沿两条主线研究基于普通C形臂2D投影图像的人体骨骼3D解剖模型构建:一、以C形臂按指定角度间隔获取的密集2D投影图像为基础,采用有限角锥束X射线投影合成方法进行3D重建;二、以C形臂在正位、侧位等姿态下获取的少量2D投影图像为基础,采用基于统计可变模型的非刚性配准方法进行3D重建。对每条主线都提出了对应的解决方案。     

治疗床两侧金属C型臂对吸收剂量的影响

目的:研究加速器治疗床两侧金属C型臂对吸收剂量的影响。方法:测量模体置于治疗床板中央,电离室插孔到床板距离分别为5 cm和10 cm。右侧C型臂分别置于7个不同角度,确定不同面积射野经过C型臂时的机架角度。利用0.6 cc电离室测量6 MV和15 MV X线经过C型臂后固定野照射吸收剂量的变化,以及C型臂位置对旋转照射吸收剂量的影响。结果:机架角为90°～180°,治疗床右侧C型臂位于R7位置时,机架角度布野受限范围最大;机架角布野受限范围随射野面积的增大而增大,随治疗深度的减小而增大。对固定野照射,射线能量越小,吸收剂量的衰减越大;射线穿过C型臂的距离越大,吸收剂量的衰减越大;旋转照射时C型臂位置越靠近床板中心轴,吸收剂量衰减越大。结论:治疗床两侧金属C型臂对射线有衰减和散射,造成吸收剂量及其分布发生变化。治疗计划设计和患者摆位时应尽量避开金属C型臂。     

基于3D Shepp-Logan头部模型的三维医学图像重建仿真

Shepp-Logan头部模型是计算机断层图像重建(CT)领域仿真计算普遍采用的经典模型。我们提出一种新思路—以3D Shepp-Logan头部模型作为三维医学图像重建领域进行仿真实验和算法性能评测的基本参考模型。首先介绍了3D Shepp-Logan头部模型的设计与实现以及仿真投影数据的计算,进而描述了所设计的三维医学图像重建仿真计算过程。数值实验部分给出了基于3D Shepp-Logan头部模型的三维医学图像重建仿真实验。实验结果表明了新思路的可行性和模型计算的准确性。     

维生素D3对2型糖尿病急性低钠血症的作用

目的:分析维生素D3(VitD3)对2型糖尿病(T2DM)患者急性低钠血症的作用。方法:60例T2DM合并低钠血症患者,随机平分为常规治疗组和VitD3治疗组(VitD3口服,2 000U/天),两组患者均随访1年,每2月一次,检测其血[Na+]、皮质醇、25-羟基VitD3[25-(OH)VitD3]和1,25-二羟基VitD3[1,25-(OH)2VitD3]水平,观察随访1年两组患者发生低钠血症的例次和发生低钠血症时上述指标的变化,以及治疗前后两组有关指标的改善情况。结果:随访1年内共发生169例次低钠血症,VitD3治疗组明显少于常规治疗组(52例次vs 117例次),其发生率差异(30.76%vs 69.23%)有统计学意义(P0.01);且在低钠血症发生时期,VitD3治疗组[Na+]较常规治疗组明显升高(P0.05)。经过1年治疗,VitD3治疗组患者[Na+]、25-(OH)VitD3和1,25-(OH)2VitD3水平较治疗前明显提高(P0.05;P0.01);常规治疗组患者相同指标则与治疗前无明显差异(P0.05)。T2DM患者血皮质醇水平在低钠血症时期较血钠正常时期升高,VitD3治疗对血皮质醇水平无明显差异。结论:补充VitD3可以减少T2DM患者低钠血症发生频率。     

老年人股骨颈骨折C型臂下鳞纹钉内固定治疗分析

目的 分析临床上老年股骨颈骨折患者采用C 型臂透视机下三根鳞纹钉内固定方法的疗效.方法 对232例老年股骨颈骨折患者采用C 型臂透视机下三根鳞纹钉内固定方法进行治疗.结果 患肢愈合率高达70%,手术时间短,创伤小且无并发症.结论 此方法临床适用范围广,创伤小值得推广.     

C型凝集素受体CLEC-2的研究进展

C型凝集素样受体-2(CLEC-2)是一个非经典型的C型凝集素受体,主要表达在血小板、中性粒细胞等细胞表面,在马来西亚蝮蛇蛇毒蛋白rhodocytin和跨膜唾液酸糖蛋白poloplanin等相关配体的刺激下,能通过细胞质尾部的YXXL结构域形成二聚体,从而激活syk依赖的信号传导.最近有很多研究显示:CLEC-2在血小...     

Automatic needle segmentation in three-dimensional ultrasound images using two orthogonal two-dimensional image projections

In this paper, we describe an algorithm to segment a needle from a three-dimensional (3D) ultrasound image by using two orthogonal two-dimensional (2D) image projections. Not only is the needle more conspicuous in a projected (volume-rendered) image, but its direction in 3D lies in the plane defined by the projection direction and the needle direction in the projected 2D image. Hence, using two such projections, the 3D vector describing the needle direction lies along the intersection of the two corresponding planes. Thus, the task of 3D needle segmentation is reduced to two 2D needle segmentations. For improved accuracy and robustness, we use orthogonal projection directions (both orthogonal to a given a priori estimate of the needle direction), and use volume cropping and Gaussian transfer functions to remove complex background from the 2D projection images. To evaluate our algorithm, we tested it with 3D ultrasound images of agar and turkey breast phantoms. Using a 500 MHz personal computer equipped with a commercial volume-rendering card, we found that our 3D needle segmentation algorithm performed in near real time (about 10 fps) with a root-mean-square accuracy in needle length and endpoint coordinates of better than 0.8 mm, and about 0.5 mm on average, for needles lengths in the 3D image from 4.0 mm to 36.7 mm.     

Statistical cerebrovascular segmentation in three-dimensional rotational angiography based on maximum intensity projections

Segmentation of three-dimensional rotational angiography (3D-RA) can provide quantitative 3D morphological information of vasculature. The expectation maximization-(EM-) based segmentation techniques have been widely used in the medical image processing community, because of the implementation simplicity, and computational efficiency of the approach. In a brain 3D-RA, vascular regions usually occupy a very small proportion (around 1%) inside an entire image volume. This severe imbalance between the intensity distributions of vessels and background can lead to inaccurate statistical modeling in the EM-based segmentation methods, and thus adversely affect the segmentation quality for 3D-RA. In this paper we present a new method for the extraction of vasculature in 3D-RA images. The new method is fully automatic and computationally efficient. As compared with the original 3D-RA volume, there is a larger proportion (around 20%) of vessels in its corresponding maximum intensity projection (MIP) image. The proposed method exploits this property to increase the accuracy of statistical modeling with the EM algorithm. The algorithm takes an iterative approach to compiling the 3D vascular segmentation progressively with the segmentation of MIP images along the three principal axes, and use a winner-takes-all strategy to combine the results obtained along individual axes. Experimental results on 12 3D-RA clinical datasets indicate that the segmentations obtained by the new method exhibit a high degree of agreement to the ground truth segmentations and are comparable to those produced by the manual optimal global thresholding method.     

胎儿冠状动脉数字化三维模型构建及意义

目的探讨胎儿冠状动脉数字化三维模型的构建方法及其意义。方法选取1例36周新鲜引产正常胎儿标本,在升主动脉根部上方切口插管灌注"环氧树脂-二氧化钛"填充剂并铸型后,行64层螺旋CT薄层扫描采集二维图像数据集,利用Mimics18.0软件构建胎儿冠状动脉数字化三维模型。对比分析同一胎儿冠状动脉标本的数字化三维模型与血管铸型的形态结构特点。结果基于CT原始数据,利用Mimics 18.0软件成功构建出胎儿冠状动脉数字化三维模型。重建得到的模型清晰逼真、立体感强,与胎儿冠状动脉1~3级铸型结构一致性高,且可在三维空间任意缩放、平移、任意角度旋转。结论血管灌注铸型结合三维重建方法观察现实和虚拟胎儿冠状动脉的三维状态,最大限度为宫内先心手术和影像解剖学教学提供一个仿真平台和实践工具。     

基于CT断层图像重建股骨头缺血性坏死髋关节的三维结构

目的探索通过虚拟现实技术寻求快速准确重建股骨头缺血性坏死髋关节三维结构的方法。方法基于髋关节的64排螺旋CT连续断层二维图像,M im ics软件分别重建髋臼、近端股骨、股骨颈及股骨头病变组织的三维可视化结构。结果 M im ics医学图像处理软件对髋关节CT扫描的D icom格式数据进行三维重建图像结构清晰,可真实再现髋臼和股骨近端的结构,并且能够对病变组织部位予以定位,对病变组织体积进行计算。结论 M im ics软件根据CT扫描所得的D icom原始数据能准确重建股骨头缺血性坏死髋关节的三维立体结构,为股骨头缺血性坏死髋关节骨质的评估及治疗方案的选择提供了客观的依据。     

基于逆向工程和快速成型技术的髋骨三维实体模型个性化重建

背景：髋骨解剖结构复杂,传统的X射线片及CT扫描等二维影像检查易受到影像重叠、软组织等的干扰,在髋骨的诊断中具有一定的局限性。通过基于逆向工程技术的数字化建模能全面、直观、精确地显示髋骨立体形态和各部位解剖结构的空间关系,在骨骼研究中有着广阔的应用前景。 目的：利用计算机辅助技术重建个性化的髋骨三维实体模型。 方法：使用手持式三维激光扫描仪对人体髋骨表面进行扫描,得到大量点云数据,综合使用工程软件Geomagic和计算机辅助软件CimatronE对点云进行处理并实现三维模型重建,使用快速成型机完成髋骨的3D打印,得到几何形状一致的髋骨实体模型。 结果与结论：通过基于逆向工程和快速成型技术的数字化建模方法,可得到具有良好几何相似性及生物力学特性的髋骨三维实体模型,可为人工仿生髋骨的数字化制造、虚拟装配、应力分析及模拟手术等提供精确的模型基础。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

胎儿全身动脉系统数字化三维模型的构建及意义

目的　探讨胎儿全身动脉系统数字化三维模型的构建方法及其意义。 方法　采用“环氧树脂-氧化铅”填充剂对1例33周新鲜引产正常胎儿标本行全身动脉灌注并铸型,然后行64层螺旋CT薄层扫描采集二维图像数据,利用Mimics重建胎儿全身动脉系统数字化三维模型。 结果　基于CT原始数据,利用 Mimics 15.0软件成功构建出胎儿全身动脉系统数字化三维模型。重建得到的模型立体感强,三维效果逼真,与胎儿全身动脉血管铸型一致性高,可以清晰再现胎儿动脉主干及其分支的形态结构,且可进行任意缩放、任意角度旋转观察。 结论　胎儿全身动脉系统数字化三维模型的构建能够全面展示胎儿全身的各级动脉,为胎儿血管的后续研究提供了良好的支撑平台;该模型还可为宫内手术及宫内输血等提供解剖支持。     

基于膝关节三维模型的髌股关节动力学特性研究

目的构建有效的膝关节三维模型以计算髌股关节动力学参数。方法基于CT图像处理和CAD技术, 重建包括股骨下端、胫骨上端及髌骨的膝关节的骨骼三维模型,并定义髌股关节运动起重要作用的股四头肌直线模型、韧带及其它软组织的非线性弹性纤维束模型,以股四头肌肉力为输入控制变量。结果构造出一个有效的膝关节三维模型。结论该模型可以有效的计算髌股关节动力学参数。     

Analysis of cardiac ventricular wall motion based on a three-dimensional electromechanical biventricular model

This paper describes a biventricular model, which couples the electrical and mechanical properties of the heart, and computer simulations of ventricular wall motion and deformation by means of a biventricular model. In the constructed electromechanical model, the mechanical analysis was based on composite material theory and the finite-element method; the propagation of electrical excitation was simulated using an electrical heart model, and the resulting active forces were used to calculate ventricular wall motion. Regional deformation and Lagrangian strain tensors were calculated during the systole phase. Displacements, minimum principal strains and torsion angle were used to describe the motion of the two ventricles. The simulations showed that during the period of systole, (1) the right ventricular free wall moves towards the septum, and at the same time, the base and middle of the free wall move towards the apex, which reduces the volume of the right ventricle; the minimum principle strain (E3) is largest at the apex, then at the middle of the free wall and its direction is in the approximate direction of the epicardial muscle fibres; (2) the base and middle of the left ventricular free wall move towards the apex and the apex remains almost static; the torsion angle is largest at the apex; the minimum principle strain E3 is largest at the apex and its direction on the surface of the middle wall of the left ventricle is roughly in the fibre orientation. These results are in good accordance with results obtained from MR tagging images reported in the literature. This study suggests that such an electromechanical biventricular model has the potential to be used to assess the mechanical function of the two ventricles, and also could improve the accuracy of ECG simulation when it is used in heart-torso model-based body surface potential simulation studies.     

A practical method for three-dimensional reconstruction of joints using a C-arm system and shift-and-add algorithm

Currently, radiography with C-arm systems is playing a major role in the assessment of arthritis. However, the radiographic two-dimensional projection images of joints often interfere with physicians' efforts to better understand and measure the structure changes of joints due to the overlap of bone structures at different depths. An accurate, low-cost, and practical three-dimensional (3D) reconstruction approach of joints will be beneficial in diagnosing arthritis. Toward this end, a novel method is developed in this paper based on a C-arm system. The idea is to apply the shift-and-add algorithm (commonly used in digital tomosynthesis) on the segmented projection images at multiple angles, which results in accurate reconstruction of the 3D structures of joints. The method provides a new solution to precisely distinguish objects from blurring background. The proposed method has been tested and evaluated on simulated cylinders, a chicken bone phantom with known structure, and an in vivo human index finger. The results are demonstrated and discussed.     

基于CT图像构建的腰椎三维有限元模型

背景：与实验生物力学研究相比,有限元分析方法具有独特的优越性。如何准确地构建腰椎节段有限元模型是有限元分析的关键。 目的：建立人体腰椎三维有限元模型用于生物力学分析。 方法：利用GE 64排螺旋CT对成年男性腰部进行扫描,得到351层DICOM格式断层图像,应用Mimics软件进行三维重建,将所得模型以.stl格式导入Solidworks,生成实体模型,最后导入Ansys赋予材料属性并划分网格,得到便于分析的有限元模型。与体外生物力学实验数据对比,完成模型验证。 结果与结论：成功地建立了表面光滑、外观逼真的腰椎有限元模型。该模型共有144 411个节点,88 742个单元,具有较高的准确性,且可以方便地施加约束和载荷,进行有限元分析。为临床腰椎三维有限元模型建立提供了一种精确而实用的方法,所建模型可以用来模拟腰椎生物力学实验。