黑质和红核的断层解剖学研究与三维模型构建

目的利用首例中国女性数字化可视人体数据集,对黑质、红核及其主要毗邻核团进行断层解剖学研究及三维重建。方法选取含有黑质、红核的断层图像,利用Adobe Photoshop CS3对黑质、红核以及毗邻核团和结构进行断层解剖学观察,并分割出相关结构,获得各结构的轮廓线,再应用Amira软件对各结构进行三维重建和虚拟现实显示。结果黑质、红核的头端位于中脑-间脑结合部,与间脑的核团、脚底纤维、视束等结构关系密切,黑质贯穿观察区域的全长,其尾端直至脑桥基底部上缘附近才消失,红核高度约为黑质的2/3,其尾端进入下丘区域后逐渐消失。应用Amira软件重建的三维模型比较清楚地显示了黑质、红核及其毗邻结构在中脑以及中脑-间脑结合部的形态和空间位置关系,可以任意角度旋转、切割、组合和整体显示有关结构。结论明确了黑质与红核的形态、位置和毗邻,并获得有关内容的计算机三维模型。     

基于连续切片的成年SD大鼠红核三维重建

为利用三维重建工具软件对成年SD大鼠部分脑干、中脑导水管及红核结构进行三维重建,并对重建的红核进行观察和测量,探索了一种方法,即：制作大鼠脑干连续冰冻切片,Nissl染色后进行分步显微摄像并进行拼接;扫描大鼠脑定位图谱相关红核切面图像;利用PhotoshopCS3软件将上述获得的连续图像分别进行图像后处理,并利用3D-DOCTOR4．0软件分别对上述连续切片图像进行配准、分割和三维重建,对两种不同方式重建的红核进行比较。结果显示,利用大鼠脑干连续冰冻切片和大鼠脑定位图谱可以对SD大鼠红核等结构进行三维重建,重建出的结构具有立体感。可以在PC机中自由观察和测量,两种重建方法得到的红核形状大小基本类似。因此,得出结论：利用大鼠脑干的连续冰冻染色切片可以对大鼠红核进行三维重建。     

基于数字人图像分割和识别的新框架

目的：提供一种高层知识引导分割和底层处理向知识归纳相结合的自动分割识别框架,并将该方法有效应用于彩色图像的数字化可视人体数据集（Chinese Visible Human,CVH）内部结构的自动分割和识别中.方法：首先利用分类标签在CVH2图像中提取脑干部分的图像,用Otsu获取阈值进行图像增强,将脑干轮廓作为分割的初始化轮廓,运用Level Set方法来实现精细化的分割：利用周长和质心位置建立联合判别函数,并对分割结果进行分类识别.结果：该算法准确对CVH2数据集脑干内黑质、中脑水管进行自动分割和识别,通过Amira软件三维重建分割结果获得较好的重建效果,并与手动分割结果保持了较好的一致性.结论：该框架能够实现数字人图像自动的多目标精细分割和识别,为知识引导的自动图像分割和识别提供了新的方法.     

人脑基底核区的三维重建及显示

目的 :为完成中国数字化人体及三维重建技术向教学和临床过渡奠定基础。方法 :对尸体头部行冰冻切片后 ,采用国内主流微机和数码摄影技术 ,利用自编软件 ,对基底核区的复杂结构进行三维重建及显示。结果 :重建后的图像轮廓清晰 ,可任意旋转、剖割、拆分和透明处理等。结论 :完成中国人脑基底核的重建工作     

人脑深部核团三维模型的构建与数据测量

目的 构建大脑深部核团三维可视化模型,以对其立体形态和空间位置进行研究.方法 选取可视人体数据集头部连续横断位图像,将其重采样到平行前后连合平面方向后,逐张分割出其中的脑深部核团及前后连合等结构的二维轮廓;采用面绘制和体绘制对各分割结构进行三维重建和虚拟显示,并根据重建模型测量计算各核团在大脑空间坐标系中的位置范围、重心点坐标和体积.结果 获得了平行于前后连合平面的头部连续断面真彩色图像集和附有解剖学标识的脑深部核团二维轮廓分割图像集,重构了各核团的面绘制和体绘制三维模型,并获得其在前后连合中点为原点的大脑空间坐标系中的核团重心点坐标,核团在X、Y、Z轴上的投影范围和核团体积等解剖数值.结论 基于可视人体数据集所构建的脑深部核团三维可视化模型充分显示了各核团在大脑中的立体形态和空间位置关系,并提供了核团重心点坐标、范围、体积等解剖数值.     

大鼠小脑外形数据集三维重建方法的探索

目的 建立大鼠小脑外形三维重构的可视化数据集. 方法 采用小脑连续切片,同时建立采集切片后的图像数据,切片经尼氏染色后,用数码相机采集图像,尼氏染色后的图像与切片时采集的图像配准,进行图层合并,获取原始图像数据库,并对数据库中的数据进行人工配准及分割,应用Amira 4.1.1软件对分割后的数据库进行三维重建. 结果获得大鼠小脑外形微细结构信息的数据库. 结论 本法是将传统的由组织切片进行三维重建技术与用于虚拟人研究的机床铣切及同步数据采集系统相结合的新方法,适用于组织微细结构的三维重建.     

正常成年小鼠脊髓内部结构的三维重建

小鼠脊髓内部结构的三维重建对于“人工脊髓”生物材料的制备具有重要意义,因此,我们利用小鼠脊髓参照图谱和三维重建工具软件对小鼠脊髓内部结构进行三维重建。方法是获得小鼠脊髓参照图谱,并利用小鼠脊髓Nissl和LFB染色切片验证其可靠性,利用Photoshop软件对获得的图谱图片进行配准和批处理。利用3D—DOCTOR软件对小鼠脊髓内部的板层和主要传导束进行分割和三维重建。结果重建出小鼠脊髓外形、脊髓灰质、板层、皮质脊髓束、薄束、楔束等结构,重建的结构具有立体感,并能在PC机中任意角度观察。     

不同模态颅脑断层影像重建后模型的配准与融合

探讨不同模态影像重建后模型进行配准和融合,为颅脑手术导航中患者的颅脑重要结构可视化方法奠定基础。通过获得并建立不同模态的颅脑数据集,利用3D—DOCTOR4．0对MR冠状位断层数据集中的白质,MR轴位断层数据集中的灰质和脑室分别进行“Trainingarea”和阈值分割,并对分割后的结构进行人工校正。利用Mimics8．01软件对CT轴位断层数据集中的颅骨进行自动阈值分割。分别对上述分割后的结构进行三维重建,并将三维重建数据导入到Mimics软件中进行模型配准和融合。在计算机中对融合后的三维结构进行任意角度的观察和体视学测量。结果重建出数字人颅骨、脑灰质、白质和脑室系统,融合结果显示颅腔内脑结构空间分布正常,内部白质和脑室空间位置融合良好。由此得出：根据不同模态颅脑影像中解剖结构的特点,可以分别进行三维重建,并对重建后的模型进行配准与融合。     

中国数字化可视人肺动脉系统的断面显示和三维重建

目的:对中国数字化可视人(Chinese,visible human,CVH)横断面数据集的连续追踪观察及肺动脉系统的三维重建,研究肺动脉在肺脏内的分布特点.方法:对CVH数据集连续肺脏断面图像进行连续追踪观察,在断面上分割肺动脉,并对分割结果进行三维重建.结果:CVH肺脏断面图像清晰,可清楚显示肺动脉系统,分割后重建出肺内动脉系统,重建图像质量较高,最远可显示肺动脉的第5级分支.结论:研究实现了对CVH肺动脉系统的重建,为影像医学和肺脏手术提供了解剖学参考,而且可用于解剖学教学.     

CT图像数据集三维重建在影像解剖学教学中的应用

目的 探讨CT图像数据集三维重建在影像解剖教学中的应用.方法 采集层厚为1mm的正常胸部CT图像,利用三维重建软件3D-DOCTOR对其进行三维重建,将重建的模型应用于本科生的实验教学,收集学生的学习感受.结果 通过3D-DOCTOR进行三维重建,可以直观地再现胸部的三维结构并可从不同角度进行观察,学生普遍反应提高了学习兴趣及效率.结论 利用三维重建软件能够简单方便地显示人体的三维结构,应用于影像解剖教学可获得良好的效果.     

Three-dimensional reconstruction of digitized human liver: based on Chinese Visible Human

Background Comparing with two dimensional （2D） imaging, both in diagnosis and treatment, three dimensional （3D） imaging has many advantages in clinical medicine. 3D reconstruction makes the target easier to identify and reveals the volume and shape of the organ much better than 2D imaging. A 3D digitized visible model of the liver was built to provide anatomical structure for planing of hepatic operation and for realizing accurate simulation of the liver on the computer. Methods Transverse sections of abdomen were chosen from the Chinese Visible Human dataset. And Amira software was selected to segment and reconstruct the structures of the liver. The liver was reconstructed in three-dimensions with both surface and volume rendering reconstruction. Results Accurately segmented images of the main structures of the liver were completed. The reconstructed structures can be displayed singly, in small groups or as a whole and can be continuously rotated in 3D space at different velocities. Conclusions The reconstructed liver is realistic, which demonstrates the natural shape and exact position of liver structures, tt provides an accurate model for the automated segmentation algorithmic study and a digitized anatomical mode of viewing the liver.     

Stereotactic localization and visualization of the subthalamic nucleus

Background The subthalamic nucleus （STN） is widely recognized as one of the most important and commonly targeted nuclei in stereotactic and functional neurosurgery. The success of STN surgery depends on accuracy in target determination. Construction of a digitaiized atlas of STN based on stereotactic MRI will play an instrumental role in the accuracy of anatomical localization. The aim of this study was to investigate the three-dimensional （3D） target location of STN in stereotactic space and construct a digitalized atlas of STN to accomplish the visualization of the STN on stereotactic MRI, thus providing clinical guidance on the precise anatomical localization of STN. Methods One hundred and twenty healthy people volunteered to be scanned by 1.5 Tesla MRI scanning with 1-mm-thick slice in the standard stereotactic space between 2005 and 2006. One adult male was selected for 3D reconstruction of STN. The process of 3D reconstruction included identification, manual segmentation, extraction, conservation and reconstruction. Results There was a significant correlation between the coordinates and age （P 〈0.05）. The volume of left STN was significantly larger than the right STN, and there was a significant negative correlation between volume and age （P 〈0.05） The surface of the STN nucleus after 3D reconstruction appeared smooth, natural and realistic. The morphological feature of STN on the individual brain could be visualized directly in 3D. The 3D reconstructed STN could be rotated, zoomed and displayed at any direction in the stereotactic space. The anteroposterior diameter of the STN nucleus was longer than the vertical and transverse diameters in 3D space. The 3D reconstruction of STN manifested typical structure of the ＂dual lens＂. Conclusions The visualization of individual brain atlas based on stereotactic MRI is feasible. However, software for automated segmentation, extraction and registration of MR images need to be further developed.     

基于中国数字化可视人体喉区细小结构分割数据集的建立

目的 建立数字人体喉区细小解剖结构的分割数据集.方法 利用Photoshop图像处理软件提供的磁性套索和多边形选择对中国数字化可视人体喉区数据的细小器官和结构进行数据分割,建立喉区解剖结构的分割数据集;分割数据集经图像格式转换后,在Amira 4.1软件中利用域值分割方法自动提取分割区域,进行三维显示,并通过三维结果来验证分割数据.结果 对喉软骨、喉肌、声带等细小解剖结构进行了分割,建立了基于数字人体的喉区数据集,基于分割数据建立三维模型真实、可信.结论 喉区的分割数据准确、完整,为喉区精细模型的建立奠定了数据基础,同时提供了实用的彩色图像分割方法.     

三维可视化在婴幼儿髋关节发育不良超声影像学中的应用

目的：通过三维重建技术对婴幼儿髋关节及其周围解剖结构骨形态特征进行重建与二维超声图像拟合以及图像的匹配,从而实现对婴幼儿髋关节发育状况的正确评价。方法选取婴幼儿新鲜尸体标本20具（其中男10具,女10具）,行64排螺旋CT骨盆扫描,将测量数据应用Amira 5.4.5软件建立髋关节三维图像,观察其骨形态特征及彼此的空间形态位置关系并进行二维超声平面的确定及超声图像的测量。结果二维超声髋关节冠状切面标准图像α、β角测量结果分别为（59.5±0.8）°、（56.2±0.5）°,三维虚拟现实图像α、β角测量结果分别为（61.5±0.4）°、（53.3±0.4）°,两者比较,差异均无统计学意义（均P〉0.05）。结论三维可视化图像能够清晰显示髋关节骨形态结构并进行二维超声平面的确定及超声图像的测量,验证了二维超声法可以准确地评价婴幼儿髋关节发育状况,二维超声法可以作为婴幼儿发育性髋关节脱位首选的检查方法。     

中国数字化人体鼻部结构的三维重建和可视化

目的建立可视化人体的鼻部相关结构的三维模型。方法采用中国首例女性数字化可视人体数据集（CVH-2）,选取从额窦顶到上颌窦底消失水平连续横断面图像,在计算机上利用Amira4.1软件和RadioDexter软件行三维重建的立体显示。结果重建出了鼻骨,额窦,筛窦,蝶窦,上颌窦,鼻腔,上、中、下鼻甲,鸡冠,鼻中隔,钩突,鼻泪管,颈内动脉,视神经的三维可视化模型。该模型可以任意缩放和任意角度旋转,可显示不同结构间的毗邻关系和空间构象,并可进行三维的距离和角度的测量。结论鼻部相关结构的三维可视化模型可促进对该部位解剖结构的理解和掌握,为鼻部疾病影像诊断和鼻内镜手术提供了形态学参考,并可应用于虚拟手术。     

上颌骨的曲面重组技术重建及可视化观测

目的为上颌牙种植术等临床口腔外科技术提供解剖学基础。方法选取全牙志愿者20名,在螺旋X线计算机断层摄影机以眦耳线为基线连续扫描,采用ADW 4.2重建软件的曲面重组(CPR)技术重建上颌骨内的上颌窦,观察上颌窦的位置、形态和测量上颌窦下壁至上颌后牙牙根的距离。在Amira三维重建软件下重建上颌骨及其结构的可视化模型,观察半透明上颌骨内上颌窦的位置及其与上颌牙根的关系。结果上颌骨内的上颌窦呈三边形或四边形的锥形腔隙,其下壁常有凸起的骨隔。半透明上颌骨可视化模型内的上颌窦可清晰显示其位置、形态及其与上颌牙根的关系。上颌骨内的上颌窦下壁至上颌后牙牙根的距离以第1磨牙最近,由近及远依次为第1磨牙、第2磨牙、第3磨牙、第2前磨牙和第1前磨牙。上颌窦下壁至左、右侧第1前磨牙、第2前磨牙、第1磨牙、第2磨牙的牙根,以及第3磨牙的舌根、远中颊根的最短距离比较,差异均有统计学意义(P<0.05),至左、右侧第3磨牙近中颊根的最短距离比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论上颌骨的CPR技术重建及可视化对选择适宜长度的牙种植体、避免牙种植体误入上颌窦等具有重要的临床意义。     

基于U型卷积神经网络学习的前列腺癌影像重建模型在手术导航中的应用

目的 探讨基于U型卷积神经网络(U-shaped convolutional neural network, U-net)建立的前列腺磁共振图像自动化分割和重建3D模型对腹腔镜前列腺癌根治术进行术中认知导航的效果。方法 应用含有人工注释的共5 000张前列腺癌磁共振影像训练集,训练U-net,构建了一套以临床需求为导向,稳定高效的全卷积神经网络算法模型,对前列腺磁共振图像进行区域化、多结构和精细自动化分割,并将分割数据使用医学影像处理交互平台(Medical Image Interaction Tool Kit,MITK)自动重建,以STL格式输出建模信息,应用平板电脑在术中展示前列腺模型,进行认知导航。结果 基于201例前列腺癌患者的磁共振图像训练样本,在经典U-net基础上通过适应性改良,建立了一套结构简单、性能优秀的U-net,可以实现对前列腺、肿瘤、精囊腺、直肠等重要结构的单独分割,并进行三维可视化,直观地显示手术关键部位的结构关系和肿瘤侵犯程度。术中通过平板电脑同步展示3D模型,成功进行认知导航。结论 通过改良的U-net可以自动化完成前列腺磁共振图像的结构化分割,通过重建局部解剖部位的3D模型用于术中认知融合导航,可以达到肿瘤可视化、降低手术切缘阳性率、提高手术效果的作用。