断层图像论文

2024-10-28

断层图像论文(共7篇)

断层图像论文 篇1

0 引 言

从20世纪中期开始,欧洲一些国家就通过引入CAD技术到医疗研究领域,率先使用一种新的手术方法——术前成型法,并且在临床上进行了应用,如在做颅骨修补时,先借助患者头部的CT片信息,利用CAD系统的造型功能进行重构设计,得到患者颅骨的计算机模型和缺省部分的几何信息,再应用相应的制造技术制成与患者实际头型一致的植入片,然后进行手术。在国内,近年来CAD技术应用于医学研究也呈现一种上升趋势[1,2,3,4]。对一些手术的研究,大都先通过建立研究对象的几何模型,然后进行分析,研究手术的可行性,以期对手术起一些指导作用,提高手术的成功率。

本研究以上颌中切牙的CT图像为数据来源,研究上颌中切牙的三维CAD模型建立方法,牙齿原始数据信息的提取方法、信息的处理方法,以及几何模型建立的方法,以便为接下来的牙齿快速制造及牙齿结构应力分析提供理论模型。

1 原始数据处理

原始数据处理,是通过CT图像提取原始数据信息,再经过信息传输、信息处理、信息传递等几个步骤,将原始CT图像数据转换成CAD设计所需要的工程数据。

(1) 信息来源。

对于牙齿CAD建模所需的数据信息,通常是通过CT图像来获取的,因此CT图像资料应该是牙齿CAD模型三维重建的基础。CT应用X射线对牙齿进行投射性扫描,分析处理数据后在显示器上输出牙齿切片的图像。

(2) 信息提取和处理。

为了进行三维建模,必须将CT中的图像信息提取出来,经过再处理才有可能为建模所用。因此,CT机与进行三维重建的计算机之间的信息传输就成为基础而关键的技术。比较先进的CT系统有自己的接口和工作站,可以直接将CT图像信息传输至工作站进行计算机辅助设计和制造。如果CT系统不具备该项功能,可通过间接方式获得。本研究采用的是扫描CT胶片,获得通用的位图文件,再从位图文件中提取有用的信息。这样就实现CT机与计算机之间的信息传输。通过扫描牙齿所得到的CT图像信息中除了牙齿骨骼轮廓信息还包括一些软组织的信息。而对于三维造型来讲所感兴趣的只是颅骨轮廓,因此选择用图像处理软件如PhotoShop,对CT图像进行处理,去掉软组织等不需要的信息,只有骨骼轮廓可见。

(3) 信息传递。

由于扫描得到的图像都是位图,位图的特点就是像素独立描述,彼此之间不存在联系,而在三维建模系统中需要的不是直接的数据输入就是矢量化的图形,位图是不能直接输入到建模软件中的。应用AutoCAD软件对处理后的位图进行图形跟踪,提取边界信息,得到矢量格式,保存为DWG格式的文件,就实现了将位图转换成矢量图。本研究提取了上颌中切牙的43个断层,因此分别得到43个CT图、位图,以及DWG文件格式的矢量图。

通过以上步骤的预处理,牙齿CT图像信息就转换成了可以直接被三维CAD系统利用的图形数据,从而方便了三维CAD模型的建立。

2 牙齿的三维CAD模型的建立

通过将CT图像信息进行预处理,得到一系列DWG格式的文件。每一个DWG格式文件代表了CT一个断层的图形信息。然而这些信息都是平面的,要得到三维图形,必须将这一系列平面信息按照CT扫描时的顺序,在断层之间赋予高度方向的数值,以便得到三维图形。此时就必须明确每个断层图形之间的几何位置关系,也就是说,要找到一个统一的基准,使每层图形按照这一基准进行罗列,这样才能保证断层与断层之间的正确位置关系。由于CT机对牙齿扫描时,CT系统固有的标尺反映在每个断层的CT图像上,可采用该标尺作为基准,把一系列的DWG文件输入三维CAD系统以后,将它们罗列,形成了重叠的三维图形。

在本研究中牙齿三维CAD模型的建立是通过多个CAD软件来实现的,具体过程如下:

(1) CT图像(其中的一个,如图1所示)信息预处理得到的是一系列DWG格式文件。为使得三维CAD模型和实体模型的形状不发生变化,必须保证每一个断层面具有相同的参考坐标系。牙齿断层面及各断层面重叠的结果如图2所示。

(2) 将每一个断层面的DWG格式数据信息导入到三维设计软件Pro/Engineer软件中。导入后,保持原有的图形信息,不要改变图形的参考坐标系位置,并保存为IGS格式的文件,以便于后面的进一步处理。

(3) 将IGS格式的文件导入到SURFACER软件进行曲面造型。

由于导入的IGS文件有一些噪声点,所以首先在SURFACER中去除这些噪声点。同时导入的IGS格式的线条在SURFACER中不再显示为线条信息,而是显示为点云的信息,这就需要将这些点云通过合理的内在排列顺序拟合成曲线:

①去除曲线点云周围的噪声点。

②点云的合并(add clouds)。查看点云的信息,如果是由1个以上的点云组成,应该先合成为一个点云,然后删除原有的点云,保留合成后的点云。

③对保留下来的点云进行光滑(smooth-filter)处理,这样保持了直线的外形,同时也保证了后面的更好的直线拟合效果。

④对光滑(smooth-filter)后的点云进行排序(order-sort by nearest),使得在直线拟合时点云中的各点能够按照正确的顺序拟合,如图3(a)所示。

⑤对处理后的点云进行曲线拟合。拟合的时候为了保证原有断层面的形状,按照内插(interpolate)模式拟合,如图3(b)所示。

⑥按照上面5步的顺序处理各个断层面的IGS格式数据。

⑦在SURFACER软件中按各断层面的顺序(CT对各断层面的扫描顺序),赋予各断层面高度值(本实例中断层的扫描间隔是0.5 mm),定位各断层(Reset Home Xform),从而构成牙齿模型的线框架,如图4所示。各断层在参考坐标系信息同样会被保存到SURFACER软件中,这样形状是保持不变的。

⑧对线框架进行处理,使得各个截面的起始点(start point)保持一致,适合曲面造型。

⑨用曲线混合(loft curves)方式进行曲面造型(如图5所示)。

(4) 将SURFACER软件中建好的曲面导入Pro/Engineer进行实体造型。

由于SURFACER软件适合曲面造型,可以非常好地进行曲线、曲面的拟合,这也是选择SURFACER软件来进行牙齿曲面拟合的一个主要原因。但SURFACER软件只能做出质量较好的高精度曲面,没有办法做成实体,要做成实体还是要转到Pro/Engineer中进行实体造型。

在SURFACER软件中完成牙齿曲面以后,把它输出转换成适宜输入Pro/Engineer软件的文件格式——IGES格式文件,再把此IGES文件导入Pro/Engineer。利用Pro/Engineer的曲面造型功能封闭牙齿的两端,然后合并(merge)3个曲面,形成一个封闭曲面。再利用Pro/Engineer软件的实体造型功能,“利用曲面”(Use Quilts)生成实体(Solid),如图6所示。

上颌中切牙的三维CAD模型建好以后,接下来就可以在三维CAD软件中以建好的牙齿三维CAD模型为基础,根据实际断牙的情况,在牙齿的中部建立牙桩,然后分割牙齿成上下两个部分,得到断牙、补上去的另一半牙及牙桩的三维几何模型。依据这些三维几何模型,便可借助结构应力分析软件(如ANSYS)分析牙桩对已有的断牙和补上去的另一半牙的应力影响,以便为后来的手术提供一定的理论参考和指导性建议。

3 结束语

应用图像处理技术[5]、CAD技术[6]、计算机辅助分析技术为断落牙齿的修补技术提供参考指导,是计算机应用技术、制造工程和医学学科交叉的一个体现,综合了图像处理、计算机辅助设计,计算机辅助分析和医学影像等技术和经验。

本研究借助图像处理软件PhotoShop、AutoCAD软件、Pro/Engineer软件、SURFACER软件,提出了一种基于CT切片图像的三维CAD模型重建方法,与以往仅凭医生的经验设计缺损器官相比,更具科学依据、更准确、更个性化,且为接下来的器官快速制造、器官结构应力分析提供了可靠的数据模型,同时也进一步提高了手术的成功率。

参考文献

[1]李延平,常勇.基于CT图像与反求技术的缺损器官三维CAD建模[J].工程图学学报,2006(3):97-101.

[2]王红亮,陈树越,张文栋.基于工业CT切片数据的反求建模技术[J].测试技术学报,2006,20(2):164-167.

[3]张泉,丁辉,王广志.基于人体结构断层图像的三维建模与网格剖分优化[J].清华大学学报,2007,47(12):2195-2198.

[4]王钰,徐敏,谷方.基于切片图像的颌面骨骼三维建模方法[J].青岛大学学报:工程技术版,2007,22(1):35-39.

[5]顾国松,林岳松,陈华杰.UML和ICONIX在SAR图像融合平台建模中的应用[J].机电工程,2008,25(2):31-34.

[6]许文金,何文学,李星.反求工程CAD建模中基于零件图样的修正技术[J].机电工程技术,2007,36(1):71-74.

断层图像论文 篇2

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

依据这一系列技术手段, 应用到生命科学研究以及临床疾病的诊断治疗中。对CT等医学宏观图像进行重建、显示、分割、分析, 实现了计算机辅助整形外科手术模拟系统功能。对生物大分子如病毒、细胞器 (如线粒体以及花粉孢子) 进行重建、显示、分割、分析, 实现了三维显示体的任意区域的交互分割。对序列断层图像分析, 测量出了细胞膜的力学参量。

本书可以作为从事生物医学工程工作的相关人员以及生物医学工程专业的本科生、研究生的参考用书。

断层图像论文 篇3

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

依据这一系列技术手段, 应用到生命科学研究以及临床疾病的诊断治疗中。对CT等医学宏观图像进行重建、显示、分割、分析, 实现了计算机辅助整形外科手术模拟系统功能。对生物大分子如病毒、细胞器 (如线粒体以及花粉孢子) 进行重建、显示、分割、分析, 实现了三维显示体的任意区域的交互分割。对序列断层图像分析, 测量出了细胞膜的力学参量。

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断层图像论文 篇4

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

依据这一系列技术手段, 应用到生命科学研究以及临床疾病的诊断治疗中。对CT等医学宏观图像进行重建、显示、分割、分析, 实现了计算机辅助整形外科手术模拟系统功能。对生物大分子如病毒、细胞器 (如线粒体以及花粉孢子) 进行重建、显示、分割、分析, 实现了三维显示体的任意区域的交互分割。对序列断层图像分析, 测量出了细胞膜的力学参量。

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断层图像论文 篇5

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

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断层图像论文 篇6

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

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断层图像论文 篇7

医学图像的三维重构显示分析技术, 是近年在生物医学工程领域最引人注目和发展最快的技术之一。随着新技术的不断涌现, 它成为人们探索生命奥秘, 以及疾病诊断治疗的重要手段。本书系统讨论了生物医学领域断层图像 (医学断层图CT、MRI等;光学显微镜生成的光学断层图像, 电子显微镜所生成的连轴切片图像;单颗粒技术所生成的切片图像) 的三维重建、显示、分割与分析等一系列相关的理论技术问题。通过改进、提高现有技术, 发展出对生物医学断层图像进行快速高质素三维重构显示, 以及实现对三维图像三维任意区域分割与定量分析技术。

依据这一系列技术手段, 应用到生命科学研究以及临床疾病的诊断治疗中。对CT等医学宏观图像进行重建、显示、分割、分析, 实现了计算机辅助整形外科手术模拟系统功能。对生物大分子如病毒、细胞器 (如线粒体以及花粉孢子) 进行重建、显示、分割、分析, 实现了三维显示体的任意区域的交互分割。对序列断层图像分析, 测量出了细胞膜的力学参量。

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