构建国人头颈三维有限元模型

目的研究构建国人头颈三维有限元模型。方法依据正常国人头颅CT、MRI断层扫描图像，识别确定重建对象，对皮肤、颅骨采用灰度阈值法、轮廓跟踪算法及B样条曲线拟合法进行自动重建；对其他结构采用人机对话方式提取边界关键点，进行重建实体。定义结构材料参数后划分网格。筛选相邻体积交接面节点，粘连节点完成建模。结果完成包含皮肤、颅骨、硬膜、静脉窦、脑灰白质、脑干、小脑、脑室系统、颈椎及颈髓的国人头颈三维有限元模型。模型单元及节点数分别为168733，80535，总质量约5．14kg。结论利用医学影像资料，采用轮廓跟踪算法等数字图像技术可半自动实现人颅脑复杂结构的三维重建。     

采用CT断层扫描图像构建DeBakeyⅢ型主动脉夹层三维血流动力学数值模拟分析模型

目的 探索简便、精确的方法构建仿真的DeBakey Ⅲ型主动脉夹层血流动力学计算机模拟分析三维模型的方法.方法 利用Siemens Sensation Cardiac.64层螺旋CT薄层扫描技术,基于1 mm层厚获取4种临床常见典型形态的DeBakey Ⅲ型主动脉夹层连续断层DICOM格式图像,导入医学图像处理软件Materialise MIMICS v12.11,界定目标区域后生成三维动脉模型,经网格优化处理去除低质量及相交面网格,保存结果输出,导入Tgrid 5.0软件,对主动脉面网格模型进行几何修复,使面网格扭曲率<0.75,采用非结构化四面体网格生成DeBakey Ⅲ型主动脉夹层血流动力学分析计算机模拟体网格模型,并对所构建模型进行血流属性、流场边界等界定,初步验证模型的有效性.结果 通过初步计算求解,确定所构建的DeBakey Ⅲ型主动脉模型分别包含1857030,1820501,1844181及1814914 4个四面体单元.结论 利用64层螺旋CT薄层扫描技术获取DICOM格式连续断层CT图像,可快速、准确地构建DeBakeyⅢ型主动脉夹层血流动力学分析计算机模型,为进一步的计算流体力学分析奠定了良好的基础.     

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。     

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.     

人体躯干骨骼-肌肉-韧带结构三维有限元模型的建立和验证

目的:建立正常人体躯干骨-肌肉-韧带三维有限元模型,为脊柱部生物力学研究提供数字平台。方法:获取正常青壮年男性的躯干螺旋CT扫描图像,应用逆向工程原理,通过Mimics、Geomagic软件建立躯干骨结构的三维几何模型;利用ANSYS10.0对其进行有限元网格划分,椎间盘、韧带和肌肉根据解剖学和文献数据模拟,并参照以往文献报道对模型的可靠性进行验证。结果:建立了包括374618个实体单元,110102个壳单元,427个Link单元,22个质点单元,共65998个节点的关节、椎骨、椎间盘和韧带的躯干部三维有限元模型,根据CT灰度值和杨氏模量关系式对松质骨、皮质骨和后部结构进行单独材料赋值,采用等效法构建椎间盘的纤维环。结论:运用逆向工程原理可有效构建人体躯干的三维几何模型,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,可用于人体脊柱生物力学变化规律的可视化分析。     

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.     

胫骨骨折有限元模型建立及生物力学分析

目的：建立基于CT图像的正常人和胫骨平台骨折患者的胫骨三维有限元模型,计算出骨骼模型的位移和应力分布。方法通过对1名健康成年人和1名胫骨骨折患者膝关节的多排螺旋CT扫描,获得连续断层图片,将CT断层图像导入Mimics软件中建立人体胫骨三维面网格模型后,应用ANSYS软件对模型进行体网格划分,材料赋值,生成两人胫骨有限元模型,并对模型进行分析计算。结果胫骨平台外加载荷后,正常人与患者受载面的峰值应变出现的方位相反,正常人出现在胫骨内侧,而患者则出现在胫骨外侧。两者的等效应力均沿胫骨向下逐渐减小,且均在胫骨上中1／3处出现了应力集中现象,而患者还在骨折处出现应力集中;正常人的形变位移梯度比骨折患者明显;两人在整体应力分布变化上差异明显。结论成功建立了胫骨三维有限元模型,得出了正常人与骨折患者之间胫骨的生物力学特性差异,为骨科医师手术治疗方案的制定提供了重要参考依据。     

基于体表定位的PET/CT/MRI"二机三维"图像融合的数字化对照

目的:尝试一种基于体表定位的二维图像配准方法,逐一实现PET、MRI和CT异机图像之间的精确三维融合.方法:输入PET/CT/MRI原始数据后采用数字化格式转换,设计"9点3面"立体定位法进行配准,在实时工作站Mimics按照信息交互自动融合模式,通过讯号叠加技术完成图像融合.结果:以肺癌患者的头、胸、膝为实例交叉试验CT+MRI、PET+MRI和PET+CT立体图像的异机融合,生成了分辨软、硬组织病变性质和位置的清晰互补影像.结论:这种先进的数字化融合算法对提高早期诊断和鉴别诊断具有临床意义,虽然异机融合工序目前尚未像PET+CT的同机融合那样完全成熟,但这一实验将为医学成像厂家进一步研制CT+MRI或PET+MRI同机融合设备提供经验借鉴.     

猪下颌骨枪弹伤的三维有限元仿真模拟

目的 建立猪下颌骨三维有限元模型,动态模拟子弹侵彻下颌骨过程,探讨颌面部枪弹伤有限元分析方法.方法 将CT所获得的本地猪下颌骨医学数字图像通讯(digital imagins and communications in medicine,DICOM)数据通过MIMICS软件进行三维重建,然后利用ANSA软件划分网格建立猪下颌骨三维有限元模型,并在LS-DYNA软件中仿真7.62 mm制式弹致伤过程,仿真结果与实体动物实验数据对比,验证三维有限元模型和仿真方法的可行性.结果 建立了几何外形高度相似的猪下颌骨枪弹伤三维有限元模型,成功仿真了7.62 mm制式子弹枪弹伤动态损伤过程,部分仿真数据与动物实验数据有较高一致性.结论 有限元法在颌面部火器伤基础研究中有较好的推广应用价值.     

螺旋CT三维成像技术在头面部的应用研究

头面部的解剖是一个复杂的几何体,常规X线和CT检查得到的是一个二维图像,不能完全显示其形态、结构及病情变化情况。临床医生不得不根据这些二维图像去想象、分析得到三维概念,给外科医生带来诸多不便。螺旋CT三维立体成像技术可以最大限度的提供头面部的解剖及立体形态、位置和病变情况的信息。同时,在重建骨组织时,可以模拟肌肉皮肤,直观地显示头面部畸形的位置和形态,对手术及矫形手术计划的制定提供丰富的资料。我院从1998-09～1990-10对50例头面部疑有病变及外伤的病人进行了三维立体成像,取得了较好的效果。现就我们研究的情况作一…     

利用3D打印颅脑辐射等效体模进行个性化适形放疗的剂量验证

目的 建立利用3D打印颅脑辐射等效体模对患者进行个性化放疗剂量验证的方法,为三维适形放射治疗安全提供一种可靠的剂量保证手段。方法 采集两例患者（患者1和患者2）的CT图像数据,基于患者1的图像数据,重建其颅骨与脑组织,制作颅脑体模,验证颅骨与脑组织的等效材料。基于患者2的图像数据,根据3D图像重建并选用组织等效材料重建完全的头颅结构,采用3D打印技术制作全头颅体模。通过对目标区域插入电离室剂量仪并行放射治疗方案,获得头颅体模病灶部的剂量,验证和校准实际放疗计划的安全性。结果 对所获两个体模分别进行DR、CT成像,颅脑体模的等效骨骼与患者1骨骼的X射线灰度值差异为13 721,颅脑体模的等效脑组织与患者1的脑组织的CT值差异为35~40 HU,全头颅体模等效颞肌与患者2的颞肌组织的CT值差异为18~28 HU,影像数据表明体模材质的辐射等效性与人体组织近似,并且等效剂量分布符合常规治疗范围,体模的剂量验证可以有效验证放疗计划系统的准确性。结论 基于3D打印和组织等效技术所设计的个性化放疗体模,可应用于个性化放射治疗验证。体模制作方法简单快速,个性化程度高,为三维适形放射治疗安全提供一种可靠的剂量保证手段。     

CT和MRI图像融合在颅内病变X刀治疗中的应用(附25例报告)

目的　探讨CT和MRI图像融合技术在颅内病变X刀治疗中的应用及其临床价值。方法　 2 5例病变中包括动静脉畸形 5例、海绵状血管瘤 4例、大脑半球胶质瘤术后残留或复发 3例、听神经瘤术后残留 3例、转移瘤 2例、垂体微腺瘤 2例、垂体腺瘤术后残留 2例、颅咽管瘤术后残留 1例、垂体柄肿瘤病变 1例、间脑胶质瘤 1例和中脑披盖肿瘤病变 1例。图像融合前均行颅脑MRI薄层扫描及常规X刀术前CT定位扫描 ,然后将CT和MRI图像资料传输至工作站上进行图像配准和融合。结果　所有病变在融合图像上均能显示清楚 ,2例转移瘤在融合图上显示出更多的病灶。所有融合图像上的软组织结构、颅骨结构及病灶轮廓均重叠一致 ,最大误差均 <1mm。结论　CT和MRI图像融合技术在X刀治疗中的应用 ,确保了CT定位的精确性 ,避免了病变的遗漏 ,必然会提高颅内病变定向放射治疗的效果 ,并明显降低了并发症的发生率     

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。     

2D、3D重建在颅骨修补术中的应用

目的：探讨2D、3D重建在颅骨修补术前、后颅内情况,术后并发症的观察和计算机个性化设计钛网在临床的应用。方法35例颅骨缺损患者行螺旋C T扫描,数据传至工作站行2D、3D重建,进行钛网修复体的个性化设计并应用于临床,分析颅骨修补术前、后颅内的变化,术后并发症的表现。结果35例患者修复体嵌合满意,钛网固定牢固,行修补术前脑膜弧线正常30例,脑膜凹陷5例,术后代骨板均无移位,硬膜外血肿1例,硬膜下血肿3例,头皮感染2例。结论2D、3D重建在颅骨修补术中具有重要的临床价值。     

Image Quality Required for the Diagnosis of Skull Fractures Using Head CT: A Comparison of Conventional and Improved Reconstruction Kernels

BACKGROUND AND PURPOSE:Although skull fractures are generally assessed on bone images obtained by using head CT, the combined multikernel technique that enables evaluation of both brain and bone through a change in the window settings of an image set has been reported. The purpose of this retrospective study was to determine the image quality required for the accurate assessment of skull fractures by using head CT.MATERIALS AND METHODS:A random sample of 50 patients (25 nonfracture and 25 simple nondisplaced skull fractures) was selected, and sets of conventional brain and bone images and improved combined multikernel images were reconstructed (4614 images). Three radiologists indicated their confidence levels regarding the presence of skull fractures by marking on a continuous scale for each image set. The mean area under the receiver operating characteristic curve was calculated for each kernel, and the statistical significance of differences was tested by using the Dorfman-Berbaum-Metz method.RESULTS:Although a difference in the diagnostic performance of the 3 radiologists was suggested, the mean area under the curve value showed no significant differences among the 3 reconstruction kernels (P = .95 [bone versus combined]), P = .91 [bone versus brain]), and P = .88 [brain versus combined]). However, the quality of brain images was distinctly poorer than the quality of the other 2 images.CONCLUSIONS:There was no significant difference in the diagnostic performance of brain, bone, and combined multikernel images for skull fractures. Skull fracture diagnosis is made possible by brain image assessments. Combined multikernel images offer the advantage of high-quality brain and bone images.

The quality of CT images reconstructed with conventional filtered back-projection depends on the type of reconstruction kernel used. In head CT, low-pass filter kernels that decrease higher spatial frequencies and noise are generally used to reconstruct brain images, whereas high-pass filter kernels that preserve higher spatial frequencies and increase noise are generally used to reconstruct bone images.^1,2 In all cases, the reconstruction of brain images is required. In contrast, according to the policy of each institution, bone images are reconstructed either in all cases or only for patients with clinically suspected bone disease. Because assessment of bone tissue is not required for all cases, worthless images increase if there is reconstruction for all cases. However, when bone images are reconstructed only in case of clinical suspicion, additional reconstruction is required if the need for bone images is determined after examination (in the situation of assessing brain images) or if the radiology technician forgets to reconstruct before sending the images (despite reconstruction of bone image being ordered in advance). Furthermore, bone image reconstruction is not possible once the raw data are deleted from the CT device. Although observers have to assess the bone tissue on brain images reconstructed by low-pass filter kernels in such cases, to our knowledge, the diagnostic performance for bone lesions has not been reported.To resolve this issue, the usefulness of a combined multikernel technique that enables the evaluation of both brain and bone through a change in the window settings of an image set for the assessment of skull fractures has been reported.^3,4 The use of this technique not only decreases the number of stored images and simplifies head CT examinations, but also enables the assessment of bone tissue in all cases. However, the diagnostic performance of this technique has not been sufficiently investigated.The purpose of this study was to determine the CT image quality required for the assessment of skull fractures by using receiver operating characteristic (ROC) analysis of different reconstruction kernels and to evaluate the diagnostic performance of the combined multikernel technique for skull fractures.     

颅骨骨巨细胞瘤的影像诊断

目的 探讨颅骨骨巨细胞瘤(GCT)的CT、MRI征象, 提高对本病的认识.方法 回顾性分析经手术病理证实的5例颅骨GCT的CT、MRI表现, 5例患者均行普通CT平扫,2例行CT增强扫描;3例以颞骨破坏为主的病例,均行颞骨MRI平扫、增强扫描及HRCT扫描及听骨链、面神经计算机重建.结果 5例均单侧发病, 右侧4例、 左侧1例.CT平扫显示广泛的膨胀性骨质破坏、残存骨嵴及骨包壳.肿瘤信号多变,在T1WI呈低-等信号;在T2WI肿瘤呈不均匀的高信号,病灶周边T2WI呈现特征性的低信号,增强扫描:实性部分表现为不均匀强化.结论 颅骨GCT的CT平扫显示广泛的膨胀性骨质破坏不伴硬化边、残存骨嵴及骨包壳,T2WI病灶周边低信号是本病的特征性影像学表现;颞骨HRCT扫描及听骨链、面神经CPR重建为术前评估听小骨、面神经受累情况,为临床制定治疗策略提供更准确的影像信息.     

CT-MR image data fusion for computer assisted navigated neurosurgery of temporal bone tumors

PURPOSE: To demonstrate the value of multi detector computed tomography (MDCT) and magnetic resonance imaging (MRI) in the preoperative work up of temporal bone tumors and to present, especially, CT and MR image fusion for surgical planning and performance in computer assisted navigated neurosurgery of temporal bone tumors. MATERIALS AND METHODS: Fifteen patients with temporal bone tumors underwent MDCT and MRI. MDCT was performed in high-resolution bone window level setting in axial plane. The reconstructed MDCT slice thickness was 0.8 mm. MRI was performed in axial and coronal plane with T2-weighted fast spin-echo (FSE) sequences, un-enhanced and contrast-enhanced T1-weighted spin-echo (SE) sequences, and coronal T1-weighted SE sequences with fat suppression and with 3D T1-weighted gradient-echo (GE) contrast-enhanced sequences in axial plane. The 3D T1-weighted GE sequence had a slice thickness of 1mm. Image data sets of CT and 3D T1-weighted GE sequences were merged utilizing a workstation to create CT-MR fusion images. MDCT and MR images were separately used to depict and characterize lesions. The fusion images were utilized for interventional planning and intraoperative image guidance. The intraoperative accuracy of the navigation unit was measured, defined as the deviation between the same landmark in the navigation image and the patient. RESULTS: Tumorous lesions of bone and soft tissue were well delineated and characterized by CT and MR images. The images played a crucial role in the differentiation of benign and malignant pathologies, which consisted of 13 benign and 2 malignant tumors. The CT-MR fusion images supported the surgeon in preoperative planning and improved surgical performance. The mean intraoperative accuracy of the navigation system was 1.25 mm. CONCLUSION: CT and MRI are essential in the preoperative work up of temporal bone tumors. CT-MR image data fusion presents an accurate tool for planning the correct surgical procedure and is a benefit for the operational results in computer assisted navigated neurosurgery of temporal bone tumors.     

CT/MRI图像融合技术在颅底肿瘤检查中的应用价值

目的：探讨CT/MRI图像融合（image fusion）技术在颅底肿瘤检查中的应用价值。方法：搜集经MRI检出并均行高分辨率CT扫描的颅底肿瘤患者33例,将同一患者的CT、MRI图像融合。两名高年资放射科医师共同协商评价CT/MRI融合图像、MRI图像,评价的内容包括病变内部的密度或信号、病变的轮廓、病变与邻近血管的关系、病变与周围神经的关系、病变邻近骨质的破坏或硬化情况、病变周围软组织的改变,依据两种图像所能显示的病变信息等级评分,采用配对t检验分析比较的结果。结果：与单独MRI图像相比,CT/MRI融合图像在显示病变内部结构及其与周围血管、神经的关系方面无明显优势（P〉0.05）;而在病变的轮廓、邻近骨质的改变情况方面明显优于单独MRI图像（P〈0.05,P〈0.01）。结论：CT/MRI融合图像显示病变的综合信息明显优于单独的MRI图像,能够直观地为临床提供更加全面的信息。