基于CT图像的汽车碰撞假人上衣模型点云数据提取研究

CT辅助逆向工程技术是在不破坏实物原型基础上,利用CT扫描获得物体内外表面有序点云数据,是现代产品设计与建模的重要手段。对于具有薄壁结构的产品,传统方法在利用其CT断层图像提取点云数据时,会存在轮廓线交错、断点等问题,影响着点云的提取精度。本文针对汽车碰撞假人上衣这种薄壁件表面点云数据提取困难的问题,提出一种适用于复杂薄壁件内外点云提取的新方法。实验证明,该方法能够得到高精度的复杂薄壁件内外表面点云数据,为后续的CAD建模提供基础。     

基于高噪声深度图像的树木模型重建

对现实世界中的植物模型进行真实准确的重建一直是计算机图形学的一个重要目标。基于激光扫描仪提供的深度图像的树木重建近年得到越来越多的关注。当扫描距离过远或者扫描精度较低的情况下深度图像带有较大的噪声,这给重建带来了很大的困难。本文提出了一种针对高噪声深度图像的树木自动重建技术,本算法以主曲率分析为基础,首先通过二次曲面拟合计算各个点对应的主曲率方向,之后利用各个点云与周围点云的主曲率相似度将噪声点云去除,利用点云分割技术将属于不同树枝的点云初步分离,最后从分割数据中提取树枝的骨架点以及半径,完成重建。利用本方法 ,我们对一个具有高噪声的深度图像进行了处理,从中提取出了树木的三维模型。本算法能够利用之前算法无法处理的高噪声的深度图像重建树木模型,降低了树木重建算法对输入数据精度的要求,同时减少了手工交互。     

基于3D-CT与4D-CT勾画保留乳房手术后全乳靶区的比较研究

目的探讨基于三维CT(3D-CT)与四维CT(4D-CT)勾画的乳腺癌保留乳房手术后全乳靶区(CTV)的差异性。方法对13例保留乳房手术后患者于CT模拟定位时序贯完成胸部3D-CT和4D-CT扫描,并依据实时位置管理系统(RPM)同步采集的呼吸信号将每个呼吸周期的4D-CT图像分为10个呼吸时相。将图像传入Eclipse计划系统,以4D-CT的吸气末(T0)时相为基准,其余9个时相的9套图像(T10、T20、30……T90)、最大密度投影图像(MIP)及3D-CT图像分别与之配准。同一勾画者分别于两个不同时间,在4D-CT的T0图像上勾画源于3D-CT、T0、呼气中(T20)、呼气末(T50)及MIP图像上的全乳靶区。之后,在4D-CT的T0图像上勾画源于3D-CT、4D-CT及MIP图像上的全乳靶区,并分别定义为CTV3D、CTV0、CTV10……CTV90和CTVMIP。最后,将4D-CT的CTV0、CTV10、CTV20……CTV90融合得到融合靶区(internalclinicaltargetvolume,ICTV)。比较4D-CT不同时相图勾画的全乳靶区后,选取其中具有代表性的T0、T20、T50、MIP图像与3D-CT图像相比。比较同一勾画者的勾画差异性以及基于3D-CT与4D-CT勾画的全乳CTV体积、匹配指数(MI)和包含度(DI)的差异性。计量资料比较采用t检验或Friedman、Wilcoxon秩和检验。结果无论基于3D-CT还是基于4D-CT,同一放射治疗医师勾画的靶区体积差异无统计学意义(P均>0.050)。呼吸运动对4D-CT10个时相的CTV体积大小无明显影响(P>0.050)。CTV3D、CTV0、CTV20、CTV50、CTVMIP体积的中位数分别为708.11、721.29、725.04、723.89、728.69cm3。CTV3D与CTV0、CTV20、CTV50、CTVMIP体积差异均无统计学意义(P均>0.050);CTV3D与CTV0、CTV20、CTV50的MI中位数分别为0.88、0.86和0.86,4D-CT不同时相CTV与CTV3D的MI差异无统计学意义(x2=0.462,P=0.794)。CTV3D对CTV0、CTV20、CTV50的DI中位数分别为0.94、0.93和0.92,CTV0、CTV20、CTV50对CTV3D的DI中位数分别为0.95、0.95和0.94,CTV3D与4D-CT不同时相CTV的DI差异无统计学意义(P均>0.050)。ICTV体积的中位数为793.56cm3,ICTV体积明显>CTV3D(Z=-3.180,P=0.001),CTV3D与ICTV的MI中位数为0.86。CTV3D对ICTV和ICTV对CTV3D的DI分别为0.91和0.96,两者之间差异有统计学意义(Z=-3.180,P=0.001)。ICTV体积明显>CTVMIP体积(Z=-3.180,P=0.001),两者之间DI差异有统计学意义(Z=-3.180,P=0.001),ICTV与CTVMIP的MI中位数为0.93。结论在勾画标准一致的情况下,同一勾画者所勾画的全乳靶区不受CT扫描方式的影响。3D-CT扫描所采集的呼吸运动信息有限,呼吸运动对内靶区(ITV)的构建影响显著,基于4D-CT扫描图像构建ITV更合理。     

基于3D-CT和4D-CT的肺癌放射治疗靶区勾画方法的研究

摘 要：［目的］ 以3D-CT和4D-CT模拟定位,比较非小细胞肺癌放疗靶区的不同勾画方法。［方法］ 患者处于平静呼吸状态,依次做3D-CT扫描、4D-CT扫描,然后根据采集到的图像,按下列不同方式勾画出内靶区（ITV）：①将4D-CT构建的10个呼吸相中的肿瘤靶区（GTV）全部勾画,然后融合至全10相形成ITV10相;②以4D-CT的0%和50%相作为2个极限呼吸相,分别勾画GTV再融合至0~50相,形成ITV2相;③构建4D-CT的最高密度投影（MIP）图像,直接在MIP图像勾画ITVMIP;④在4D-CT图像上,测量头-脚、腹-背和左-右方向GTV的位移,计算95%位移值,用于3D-CT的GTV的外放依据,形成ITV3DCT。上述4种ITV,再在三维方向扩大5mm的处理,得到与之相对应的计划靶区（PTV）。从几何容积和形状匹配度两方面对上述4种ITV和PTV进行对比。［结果］ 在头-脚、腹-背、左-右方向上,GTV的位移值分别为（3.2±4.1）mm、（2.1±3.0）mm、（0.7±0.7）mm。两两比对提示,肿瘤的位移更多体现在头-脚和腹-背方向（P值均＜0.0001）。基于此数据,以GTV3DCT的头-脚、腹-背、左-右三个方向进行外放5mm、3mm、1mm生成ITV3DCT。ITV10相、ITV2相、ITVMIP、ITV3DCT中位容积分别为12.98cm3、11.55cm3、12.95cm3、16.54cm3,PTV10相、PTV2相、PTVMIP、PTV3DCT中位容积分别为31.22cm3、28.64cm3、31.18cm3、37.51cm3。与ITV10相和PTV10相比较,ITV2相、ITVMIP、ITV3DCT和PTV2相、PTVMIP和PTV3DCT的MI均值分别为0.83、0.95、0.7和0.88、0.94和0.74。［结论］ ITVMIP和PTVMIP与ITV10相和PTV10相的差距最小,合适病例可用MIP勾画靶区以保证精准、提高效率。由于容积差异较大、匹配度较低,不建议用ITV2相或ITV3DCT直接替代ITV10相设计计划。     

4D-CT特殊重建图像对乳腺癌放疗心脏结构剂量评估影响的研究

目的:通过比较4D-CT图像及特殊重建图像在评估心脏结构"剂量-体积"指标中的差异,探讨不同重建图像对心脏剂量评估的影响。方法:选取15例女性左侧乳腺癌患者行心电门控4D-CT图像扫描,以心动周期5%为间隔重建0～95% 20个时相的图像。将4D-CT图像进行特殊重建,得到最大密度投影(MIP)、最小密度投影(MinI...     

实体三维模型自动建模技术研究

低成本的实体三维模型自动建模技术是当前计算机视觉领域的重要研究课题。本研究给出一种基于Kinect的全自动三维建模方法及其系统实现，该方法主要利用Kinect Fusion获取物体模型，再经过点云处理、表面重建等步骤，获得实体三维模型。针对Kinect Fusion得到的模型，提出了一种点云处理方法，滤除背景和转台点云，并填充物体底部，从而得到完整的物体点云模型。对几类典型物体的实验结果表明，本文方法便捷实用，建模效果较好。应用在有大量遮挡的物体上也可以取得较好的建模效果。     

基于3D-CT与4D-CT定义的肝癌计划靶区比较

目的:探讨基于轴位3D-CT和4D-CT定义的肝癌不同计划靶区(PTV)位置与体积的差异。方法:适合三维适形放疗(3D-CRT)的肝癌患者14例,分别行上腹部轴位3D-CT和4D-CT模拟定位扫描。将源于3D-CT的临床靶区(CTV3D)分别采用常规外扩(上下10mm、左右和前后5mm)方式、方向特异性不均匀外扩方式和基于肿瘤三维运动矢量均匀外扩方式构建不同的内靶区(ITV),而后外扩5mm摆位误差,构建PTVconv、PTVspec和PTVvector,将源于4D-CT的10个时相CTV融合构建个体化的内靶区(ITV4D),ITV4D边缘外扩5mm形成PTV4D。分析采用4种不同方式定义的PTV位置与体积的差异。结果:源于3D-CT的3种PTV与PTV4D靶区中心在左右、前后和上下方向上的平均差异<1mm且无统计学意义。PTV4D分别比PTVconv、PTVspec和PTVvector平均减小了32.27%、24.95%和48.08%,差异有统计学意义(P值均<0.001)。结论:基于3D-CT和4D-CT定义的计划靶区中心位置间的差异不明显,个体化外扩的PTV4D体积小于基于3种不同方式外扩的3DPTV。     

基于点云辐射场的新视角图像生成网络

新视角图像生成是指使用同一场景、多个位置和角度拍摄的一组图像，生成新颖视角位置处的场景图像，在真实拍摄的城市建筑场景图像中存在移动的瞬态对象，对静态建筑造成遮挡，导致生成的新视角图像模糊、存在伪影甚至建筑物生成错误。针对于此，本文提出了一种基于点云辐射场的新视角图像生成方法。首先，通过瞬态对象过滤模块得到静态建筑图像；然后，分别经过2D CNN和3D CNN网络获取图像特征和图像点云信息，二者结合构建神经点云；最后，输入多层感知机网络获取场景采样点位置的体积密度和颜色信息，并指导体渲染模块生成新视角位置的图像。在Photo Tourism数据集与最新的几种方法进行比较，实验结果和可视化结果表明，所提方法在数据集上有较好的效果表现，有效地解决了生成图像中存在伪影和建筑物生成错误的问题。     

牙颌组织三维数字化建模技术研究

研究目的寻求基于CT图像重建牙颌组织数字化三维模型及可视化方法。方法基于牙颌组织的螺旋CT图像,利用Mimics,Gomagic Studio软件分别对牙齿及牙周组织进行重建,并导入有限元分析软件进行模型验证。结果建立了牙颌组织三维数字模型,包括牙齿、牙周模和牙槽骨。数字模型可输出用作CAD(计算机辅助设计)、RP(快速成型)及FEA(有限元分析)研究。结论利用该方法建立的三维模型具有很好的视觉效果和数学求解能力;螺旋CT、Dicom标准的应用使数字模型的建立更为精确;Mimics软件、Geomagic Studio软件使牙齿及牙周组织三维模型的建立更为方便,并可以输出多种格式的数字化模型用于进一步研究。     

四维与三维CT模拟定位确定食管癌原发肿瘤靶区位移和体积的比较研究

目的 比较四维CT(four-dimensional computed tomography,4D-CT)和三维CT(three-dimensional CT,3D-CT)模拟定位技术确定食管癌原发肿瘤的位移和体积.方法 前瞻性入组22例经病理证实的拟行调强放疗的食管癌患者序贯完成3D-CT和4D-CT模式下胸部模拟定位增强扫描.比较3种不同方法获得的食管肿瘤内在大体肿瘤靶区体积(internal gross tumor target volume,IGTV):4D-CT的10个呼吸时相的GTV得到IGTV4D;4D-CT的吸气末和呼气末时相GTV融合得到IGTV4D';基于3D-CT的GTV再依据4D-CT测得的靶区运动范围外扩得到IGTV3D.比较IGTV4D、IGTV4D、和IGTV3D三维方向的位移差异.计算不同段食管癌原发肿瘤靶区IGTV4D与IGTV3D和IGTV4D'的相似度指数(dice similarity coefficient,DSC)和交叉指数(overlap index,OI).结果 胸中段和胸中下段原发肿瘤10个时相上的靶区中心在左右、前后和头足方向的位移比较差异均具有统计学意义(均P＜0.01).食管癌原发肿瘤体积IGTV3D＞ IGTV4D＞ IGTV4D'(P＜0.05).设定IGTV4D为食管肿瘤的金标准,IGV3D有9.1％ ～24.1％周围正常组织可能受到不必要的照射;IGTV4D'有10.5％ ～ 34.5％肿瘤靶区可能被漏照.结论 在食管癌调强放疗模拟定位中,4D-CT模拟定位技术优于3 D-CT模拟定位技术.     

Utilisation de la scanographie quadridimensionnelle : principaux aspects techniques et intérêts cliniques

The four-dimensional scannography, also called 4D-CT, was created in the early 2000s. This method enables the aquistion of CT-scans synchronised with the patient's breathing. It allows an anatomical observation depending on the time. Different systems have been marketed. They are commonly used in treatment planning. It allows to take into account respiratory motion, considering the changes of shape and position of the tumor and organs. In the age of new techniques and stereotactic irradiations, 4D-CT is a valuable tool for estimating the uncertainties associated with respiratory movements, This technique also presents some limitations, including artifacts. The quality of the examination can be degraded in some patients with irregular respiration. Here we propose a summary of this technique detailing its principle of operation, its advantages and its main limits.     

Comparative Dosimetric Analysis and Normal Tissue Complication Probability Modelling of Four-Dimensional Computed Tomography Planning Scans Within the UK NeoSCOPE Trial

AimsNeoSCOPE is a trial of two different neoadjuvant chemoradiotherapy regimens for resectable oesophageal cancer and was the first multicentre trial in the UK to incorporate four-dimensional computed tomography (4D-CT) into radiotherapy planning. Despite 4D-CT being increasingly accepted as a standard of care for lower third and junctional oesophageal tumours, there is limited evidence of its benefit over standard three-dimensional computed tomography (3D-CT).MaterialsUsing NeoSCOPE 4D-CT cases, we undertook a dosimetric comparison study of 3D-CT versus 4D-CT plans comparing target volume coverage and dose to organs at risk. We used established normal tissue complication probability models to evaluate the potential toxicity reduction of using 4D-CT plans in oesophageal cancer.Results4D-CT resulted in a smaller median absolute PTV volume and lower dose levels for all reported constraints with comparable target volume coverage. NTCP modelling suggests a significant relative risk reduction of cardiac and pulmonary toxicity endpoints with 4D-CT.ConclusionOur work shows that incorporating 4D-CT into treatment planning may significantly reduce the toxicity burden from this treatment.     

基于4D-CT和4D-CBCT扫描研究呼吸运动对模体成像体积的影响

目的:应用运动模体研究呼吸运动对四维CT(four-dimensional computed tomography,4D-CT)和四维锥形束CT(four-dimensional cone beam compated tomography,4D-CBCT)成像结果的影响.方法:利用QUASAR运动模体模拟16种呼吸模式...     

Mid-ventilation position planning: optimal model for dose distribution in lung tumour

PurposeThe dose distribution for lung tumour is estimated using a 3D-CT scan, and since a person breathes while the images are captured, the dose distribution doesn’t reflect the reality. A 4D-CT scan integrates the motion of the tumour during breathing and, therefore, provides us with important information regarding tumour's motion in all directions, the motion volume (ITV) and the time-weighted average position (MVP).Patient and methodsBased on these two concepts, we have estimated, for a lung carcinoma case a 3D dose distribution from a 3D-CT scan, and a 4D dose distribution from a 4-D CT scan. To this, we have applied a non-rigid registration to estimate the cumulative dose.ResultsOur study shows that the 4D dose estimation of the GTV is almost the same when made using MVP and ITV concepts, but sparring of the healthy lung is better done using the MPV model (MVP), as compared to the ITV model. This improvement of the therapeutic index allows, from a projection on the theoretical maximal dose to PTV (strictly restricted to doses for the lungs and the spinal cord), for an increase of about 11% on the total dose (maximal dose of 86 Gy for the ITV and 96 Gy for the MVP).ConclusionFurther studies with more patients are needed to confirm our data.     

基于形状特征的三维模型检索技术综述

在CAD产品设计、3D产品展示、影视动漫制作等应用中经常使用成千上万共享的3D模型,但现有的搜索引擎还不提供有效的3D模型检索服务。基于内容的检索技术能有效地根据3D模型的实际内容,如几何形状,拓扑结构等,查找到用户期望的模型,因而可以用于自动智能检索。本文综述了目前基于形状特征的三维模型检索的主要关键技术,对常用的特征类型进行总结,并重点对特征提取方法进行分类总结。其中基于统计特性的特征提取方法比较简捷,计算简单,但对三维模型的内容描述不够充分;基于扩展特征的方法适用于结构变化较小的网格模型,但计算量较大;基于体素化的特征利用了模型的体积特征,加速了检索过程,效率较高,但不支持多分辨率检索;基于射线采样的特征适合较为简单的模型形状,但容易出现二义性;基于视图的特征主要是在三维模型的二维投影视图上提取的,计算复杂度较低,但容易丢失一些表示三维结构的重要信息。本文同时列举分析了当前实现并发布的典型检索系统。此外,对未来的研究方向进行了展望性描述。     

Automated contour mapping with a regional deformable model

PURPOSE: To develop a regional narrow-band algorithm to auto-propagate the contour surface of a region of interest (ROI) from one phase to other phases of four-dimensional computed tomography (4D-CT). METHODS AND MATERIALS: The ROI contours were manually delineated on a selected phase of 4D-CT. A narrow band encompassing the ROI boundary was created on the image and used as a compact representation of the ROI surface. A BSpline deformable registration was performed to map the band to other phases. A Mattes mutual information was used as the metric function, and the limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno algorithm was used to optimize the function. After registration the deformation field was extracted and used to transform the manual contours to other phases. Bidirectional contour mapping was introduced to evaluate the proposed technique. The new algorithm was tested on synthetic images and applied to 4D-CT images of 4 thoracic patients and a head-and-neck Cone-beam CT case. RESULTS: Application of the algorithm to synthetic images and Cone-beam CT images indicates that an accuracy of 1.0 mm is achievable and that 4D-CT images show a spatial accuracy better than 1.5 mm for ROI mappings between adjacent phases, and 3 mm in opposite-phase mapping. Compared with whole image-based calculations, the computation was an order of magnitude more efficient, in addition to the much-reduced computer memory consumption. CONCLUSIONS: A narrow-band model is an efficient way for contour mapping and should find widespread application in future 4D treatment planning.