基于三维模型的断层图像结构定位的初步研究

目的:研究利用初步建立的三维模型确定二维断层图像感兴趣结构像素坐标的方法.方法:通过Photoshop图像处理软件绘制断面图像,使用可视化工具包VTK的移动立方体表面重建算法,在VC++6.0的编译环境下对其进行三维重建以及立体显示.用自行开发的坐标转换处理程序对三维模型上提取的坐标值进行处理,计算断层图像相应结构的像素坐标.结果:建立了一个表面带有S型凹槽的三维模型,通过计算三维模型上凹槽结构的一系列坐标,得到二维断层图像上相应结构的像素坐标点.结论:本研究以VTK重建的三维模型为基础,提出了一种利用已建成的三维模型来指导二维断层图像结构定位的方法,为人体复杂结构的分割与修正以及某些在二维断层图像上无法识别的结构的定位提供了一种新的手段.     

首例中国数字化可视人体脊柱区颈段的三维重建研究

目的 建立中国数字化可视人体男性脊柱区颈段的三维可视化模型。方法 应用首例中国数字化可视人体数据集，选取从寰椎上缘到第7颈椎下缘的连续横断面图像。在SGI工作站上对颈椎、脊髓、椎动脉、椎间盘、颈神经等结构进行计算机三维重建并立体显示。结果 建立了脊柱区颈段重要结构的三维可视化模型，重建后的结构可多彩色立体显示，既能单独显示，也能任意搭配或总体显示，可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度观察。结论 脊柱区颈段的可视化数字模型，用三维图形方法显示该区结构的空间构形，将有助于解剖学教学，并可为颈部疾病的影像诊断和外科手术等提供参考。     

国人肺静脉系统的三维可视化

目的 对中国数字化可视人体(CVH)男1号肺静脉系统进行三维重建,研究肺静脉系统的解剖特点,为教学、影像诊断及胸部手术提供精确的肺静脉系统三维模型.方法 对中国数字化可视人体数据集连续断面图像进行连续追踪观察和图像配准,在包含肺的断面上分割肺静脉,对分割结果运用3DMed软件通过阈值分割算法进行三维重建.结果 本研究完整地重建出肺静脉系统,重建图像质量较高,可单独显示肺静脉系统三维模型,也可同时显示肺和肺静脉以及肺内其他管道系统三维模型,以显示肺内各结构的空间位置和毗邻关系,以上结构都可从任意角度进行观察并进行缩放.结论 本研究分析了肺静脉系统的组成及其在肺内的空间分布情况,实现了肺静脉系统的三维可视化.     

前列腺及其毗邻结构的三维可视化研究

目的：建立正常人前列腺及其毗邻结构的三维可视化数字模型。为解剖教学、临床诊断和男性盆腔手术提供动态三维形态学资料。方法：采用第三军医大学解剖学教研室的第1例中国数字化可视人体数据集1号（CVH1）盆腔连续断面图像分割出前列腺及其毗邻结构的轮廓数据,运用AMIRA商业软件进行计算机三维重建和可视化显示。结果：重建出了前列腺及其毗邻结构的三维可视化模型,该模型可从任意角度进行观察,清晰地显示前列腺与毗邻结构的空间位置关系。结论：前列腺及其毗邻结构的可视化模型为人体解剖教学和临床泌尿外科应用提供三维数字化工具,为CT、MRI男性盆腔断面影像研究提供了形态学资料。     

男性泌尿生殖系统数字化模型在解剖教学中的应用

数字化人体研究是将成千上万条人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像,构成人体形态学信息研究的实验平台[1]。建立三维数字化模型,不仅给解剖教学开辟了一个新的领域,而且为医学、影像诊断学、生命科学以及后基因组学的研究和应用提供基础数据与相应技术支撑。1男性泌尿生殖系统数字化模型的研究情况1.1基于3D-DOCTOR软件的三维重建将CVH-1可视化男性人体数据集的腹盆腔连续断面图像导入3D-DOCTOR软件,用该软件自带的分割工具逐层对泌尿生殖系统器官及部分重要毗邻结构进行数据分割,并行多边形面绘制三维重建…     

腹膜后脏器计算机三维可视化

目的:建立腹膜后重要脏器的计算机三维可视化模型。方法:应用中国数字化可视人体数据集,选取从。肾上腺顶部到肾底部的连续断面图像,在计算机上对肾等腹膜后脏器的断面图像轮廓进行数据分割,并对其行三维重建的立体显示。结果:重建出了肾上腺、肾、输尿管等脏器的三维可视化模型,该模型既可进行单个器官的显示,也可进行多个器官的分色显示,同时也可以任意放大缩小和任意角度旋转观察。结论:该腹膜后脏器的三维可视化模型展示了这些器官的三维空间结构,给临床影像诊断和外科手术提供了形态学参考。     

颅颈交界区结构的三维重建

目的:建立颅颈交界区解剖结构的三维可视化模型。方法:选取首例中国数字化可视人体数据集中颞骨内耳门平面至枢椎下缘的连续薄层断面图像。运用3D-DOCTOR软件,在P4微机上分割重建颅颈交界区的解剖结构并立体显示。结果:成功重建并立体显示枕骨、颞骨、寰椎、枢椎、小脑、脑干及颈髓上段、椎动脉、颈内动脉、颈内静脉和部分硬脑膜窦等解剖结构的位置关系,建立了颅颈交界区的三维可视化模型。结论:颅颈交界区的薄层断面图像可为该区疾病的CT、MRI诊断提供参考。建立的三维可视化模型,可为颅颈交界区手术的术前训练和模拟提供形念学依据。     

数字化人体肝脏可视化与虚拟肝段切除

目的建立人体肝脏及肝内管道系统数字化可视模型,为肝脏虚拟外科手术切除提供形态学依据。方法应用可视化人体肝脏数据集进行三维重建,建立数字化肝脏可视模型,实现肝脏虚拟切除。结果数字化肝脏可视模型,能清晰显示肝内管道系统的空间结构与三维关系,可选择任意径线和角度的切割平面进行虚拟切除,完成切割段体积、表面积和中心坐标的三维测量。结论建立人体肝脏可视化模型,为肝脏数字化解剖学和计算机辅助肝脏虚拟切除手术提供可视化平台与立体形态学基础。     

虚拟手可视化模型的初步研究

目的:建立具有解剖结构的虚拟手三维可视化模型。方法:选用首例中国女数字化可视人体数据集(CVH2)为原始数据源,用Adobe Photoshop软件先对手部的重要结构进行预处理和图像分割,再用VisualC 6.0和VTK(Visualization Toolkit)可视化工具包作为开发平台,采用经典的Marching Cubes算法,对分割后的图像进行三维重建。结果:重建出了手部皮肤、桡骨、尺骨、腕骨(包括周骨、月骨、三角骨、豌豆骨、大多角骨、小多角骨、头状骨、钩骨)、第I～V掌骨、第I～V指骨第(包括近节指骨、中节指骨、远节指骨)的三维可视化模型,可以任意角度和比例大小对它们进行交互式观察,清楚地显示了它们在空间上的位置关系。该模型还实现了多模式的交互演示和角度测量、鼠标取点等实时交互功能。结论:为虚拟手的建模研究提供了三维可视化的解剖模型,探索了三维解剖建模的新的技术方法,并为进一步研究手的物理及运动生理建模建立了初步的技术平台。     

数字化人体喉的三维重建及其可视化

目的:构建基于PC的喉部三维可视化模型,为喉部解剖教学、虚拟喉科手术及临床喉外科手术治疗方案的选择提供数字化三维解剖学依据。方法:从第三军医大学采集的首例中同数字化可视人体数据集中提取会厌软骨上缘至环状软骨下缘的断层图像,在PC机上经数据分割、对位重建、平滑处理和三维显示等步骤,完成对喉部结构的三维重建和立体显示。结果:完整地重建了喉部各重要结构,可显示喉部各结构的空间位置和毗邻关系,重建结构可以单独或联合显示,可在在维空间位置上绕任意轴旋转任意角度。结论:该数字化可视人体数据集能够较好地重建喉的可视化模型,重建结构逼真,能展示喉的真实面貌,该结果可应用于喉外科手术辅助教学以及手术入路的辅助设计等。     

立体定向功能性神经外科不可见靶点的坐标计算方法软件

目的推导并验证立体定向功能性神经外科不可见靶点坐标计算的方法,并将其软件化.方法采用解析几何学原理,推导出靶点与AC-PC线中点之间在前后、上下、左右三个方向的垂直距离值与其在立体定位架中的坐标值之间的换算关系,并实现软件化.采用模拟头颅、模拟靶点、Leksell定位架固定、CT扫描定位,以及伽玛刀治疗计划系统验证的方法,判定换算结果的准确性.结果换算准确,而且可纠正由于头颅在定位架中旋转、倾斜所导致的误差.结论在测得AC、PC点坐标值和AC-PC线下方大脑正中矢状面上任意一点的坐标值后,靶点与AC-PC线中点之间在前后、上下、左右三个方向的垂直距离值与其在立体定位架中的实际坐标值之间是可以互相换算的.此计算方法的软件实用简便、换算准确.     

Computer aided three-dimensional reconstruction and modeling of the pelvis, by using plastinated cross sections, as a powerful tool for morphological investigations

Purpose

The aim of this study was to describe a method of developing a computerized model of the human female pelvis using plastinated slices. Computerized reconstruction of anatomical structures is becoming very useful for developing anatomical teaching, research modules and animations. Although databases consisting of serial sections derived from frozen cadaver material exist, plastination represents an alternative method for developing anatomical data useful for computerized reconstruction.

Methods

A slice anatomy study, using plastinated transparent pelvis cross sections, was performed to obtain a 3D reconstruction. One female human pelvis used for this study, first plastinated as a block, then sliced into thin slices and in the end subjected to 3D computerized reconstruction using WinSURF modeling system (SURFdriver Software). To facilitate the understanding of the complex pelvic floor anatomy on sectional images obtained through MR imaging, and to make the representation more vivid, a female pelvis computer-aided 3D model was created.

Results

Qualitative observations revealed that the morphological features of the model were consistent with those displayed by typical cadaveric specimens. The quality of the reconstructed images appeared distinct, especially the spatial positions and complicated relationships of contiguous structures of the female pelvis. All reconstructed structures can be displayed in groups or as a whole and interactively rotated in 3D space.

Conclusions

The utilization of plastinates for generating tissue sections is useful for 3D computerized modeling. The 3D model of the female pelvis presented in this paper provides a stereoscopic view to study the adjacent relationship and arrangement of respective pelvis sections. A better understanding of the pelvic floor anatomy is relevant to gynaecologists, radiologists, surgeons, urologists, physical therapists and all professionals who take care of women with pelvic floor dysfunction.     

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。     

The study of three-dimensional reconstruction of Chinese adult liver

Purpose  To build a three-dimensional (3D) visible model of human liver and provide visualization of precise anatomical structures for making plans for hepatic operations and obtain accurate simulation of liver on computer. Methods  Based on the Chinese Visible Human data set, the hepatic structures were precisely segmented by Photoshop software. Then the segmented structures were reconstructed in surface rendering method and the hepatic parenchyma and the other parts of upper abdomen were reconstructed with volume rendering method by using our software on personal computer. Results  A 3D model of human liver and its surrounding structures was built. 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. This model can help doctors to understand the spatial structure of the liver and its surrounding organs and also help surgeons to devise a reasonable surgical plan and reduce the risk of surgical malpractice. Conclusion  Combining volume-rendering reconstruction with surface rendering reconstruction can overcome some of the defects of both rendering reconstructions. The reconstructed liver and the main internal structures are realistic, which demonstrate the natural shape and exact position of the structures. They provide an accurate anatomical model for Chinese adult and also provide a basis for performing virtual hepatic operation.     

中国人侧颅底区可视化研究

目的建立中国人体侧颅底区局部可视化数字模型，为该区疾病的影像学诊断及外科手术治疗提供数字形态学依据。方法应用我室建立的数字化可视人体数据集，采用体绘制及面绘制重建方法，分别在P4微机和SGI工作站上对侧颅底区重要结构进行计算机三维重建及立体显示。结果侧颅底区局部可视化数字模型能够清晰显示侧颅底各重要结构。本研究着重显示了侧颅底神经血管区、颞骨内结构、颈内动脉及其毗邻结构与侧颅底骨性组织的三维解剖关系。三维重建结构可以单独或联合显示，重建结构的任意径线及角度均可进行适时三维测量。结论我室建立的数字化可视人体数据集能够较好地重建侧颅底区可视化解剖模型，反映该区域重要解剖结构及其空间毗邻关系，该结果可应用于侧颅底外科手术辅助教学以及手术入路的辅助设计等。     

人体筋膜重建经线与经典经线走行路线对比

目的:探讨经络与人体筋膜重建经线的解剖学位置关系。方法:首先在数字人研究的基础上利用计算机三维重建人体全身的筋膜网状支架,并对人体肢体和躯干的肌间隙结缔组织进行标记和三维重建,构成与古代文献记载经络走行相似的串珠状连线,应用计算机三维图像处理软件结合数学分析方法,在重建的虚拟人体上对筋膜重建经线与经典经线体表走行路线进行对比研究。结果:人体筋膜重建经线与中医古代文献记载的经脉体表走行路线基本相似。结论:人体筋膜三维重建经线与中医经络线在形态上相似,两者之间存在密切的解剖学位置关系。     

Three-dimensional reconstruction of the ankle by means of ultrathin slice plastination

Computerized reconstruction of anatomical structures is becoming very useful for developing anatomical teaching modules and animations. Although databases exist consisting of serial sections derived from frozen cadaver material, plastination represents an alternate method for developing anatomical data useful for computerized reconstruction. Plastination is used as an excellent tool for studying different anatomical and clinical questions. The sheet plastination technique is unique because it offers the possibility to produce transparent slices series, which can easily be processed morphometrically. The purpose of this study was to describe a method for developing a computerized model of the human ankle using plastinated slices. This method could be applied to reconstruct any desired region of the human body.A human ankle was obtained, plastinated, sectioned, and subjected to 3D computerized reconstruction using WinSURF modeling system (SURFdriver Software). Qualitative observations revealed that the morphological features of the model were consistent with those displayed by typical cadaveric specimens. Morphometric analysis indicated that the model did not significantly differ from a sample of cadaveric specimens. These data support the use of plastinates for generating tissues sections useful for 3D computerized modeling.