基于MIMICS软件的脊柱三维重建算法研究

探讨基于MIMICS图像处理软件的脊柱三维重建算法。采集真实患者脊柱部位的CT影像数据,应用比利时医学交互式影像控制系统软件(Materialise's Interative Medical Image Control System, MIMICS)对影像数据进行图像处理、三维重建。采用基于灰度值的阈值分割、蒙版编辑、区域增长等算法编辑图像,最后计算三维蒙版获得脊柱的三维模型。结果:获得可编辑的stl格式的脊柱三维模型。应用MIMICS软件可基于脊柱CT影像数据高精度、准确的、快速建立三维模型,以用于临床的测量、手术规划、3D打印和数字骨科的有限元仿真。     

工业CT断层序列图像三维重建的实现

文中对ICT序列断层图像进行三维结构的重建和显示.先对图像进行预处理,去掉空气环,然后再利用Matlab功能强大的函数用体绘制方法进行断层序列图像的三维重建,对某一工业CT机提供的实测数据进行了三维重建,实验结果比较理想.     

工业CT断层序列图像三维重建的实现

文中对ICT序列断层图像进行三维结构的重建和显示。先对图像进行预处理，去掉空气环，然后再利用Matlab功能强大的函数用体绘制方法进行断层序列图像的三维重建，对某一工业CT机提供的实测数据进行了三维重建，实验结果比较理想。     

由物体线框模型构建表面模型研究综述

三维重建过程中线框模型往往作为中间模型出现,由于线框模型的二义性以及过 于简单的信息制约了它的应用,通常都要将其转换为表面模型或实体模型。该文主要围绕三维 重建中线框模型的表面构建问题,分析其中所面临的难点。根据三维重建源对象的不同,对直 接从线框模型提取特征构建表面模型、面向线框模型从单幅线图构建表面模型以及基于多面投 影图构建表面模型三个方面,综述了当前对线框模型进行表面构建的方法。在此基础上指出研 究中尚存在的问题并展望未来的发展趋势。     

基于CT图像的牙齿3维实体模型建立

利用牙齿的CT断层图完成了3维实体模型建立。对间隔0.5mm、厚度1mm的每一层断层图像进行二值化、边界提取,并筛选出边界关键点;根据相邻4层边界关键点数据,采用3D-Delaunay四面体化算法,在两层之间生成3维单元实体;根据估算外法线向量与球心顶点向量的内积正负情况对每个单元实体的有效性进行检查;把全部有效实体单元进行3维实体布尔运算,得到牙齿的实体模型。实例证明这种方法简便有效。     

双下肢医学CT图像的三维可视化研究与实现

将医院提供的二维断层图像序列转变为直观立体效果的图像,展现人体双下肢骨骼的三维结构与形态.结合模糊C-均值聚类算法和区域增长法对CT断层图像进行分割,提取图像中感必趣的区域ROI,即骨骼区域,再对分割后的图像采用面绘制的方法进行三维重建.两种分割方法的结合使用能使分割结果更加准确,Marching Cubes算法进行三维重 建能获得良好的骨骼观察视觉效果.该方法涉及到了数字图像处理、计算机图形学以及医学领域的相关知识,可实现医学CT图像的三维可视化,为骨科医学诊断提供了形象直观的技术方法.     

基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法

三维扫描技术和基于CT图像的三维重构是目前主流的牙齿建模方法。由于三维扫描技术只能得到牙冠部分的三维数据模型,而被牙龈包裹的牙根数据却无法采集。利用CT图像进行三维重构虽然可以得到完整的牙齿数据模型,但建模耗时长且成本高。针对上述建模方法的不足,提出一种基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法。此方法基于牙体测量数据,建立牙冠与牙根数据间的关联规则,根据Cardinal样条插值和Tangent权的Laplacian网格变形算法进行三维建模。最后将建模结果与原始数据对比,实验证明建模方法高效可行。     

基于反求工程的牙颌模型的建立

目的:利用三维激光扫描仪扫描全牙列模型,对获得的数据进行处理,重构牙颌的三维图形。方法:将获得的三维点云数据进行处理,包括数据平滑、特征提取、数据分割、自由曲面建模等实现牙颌的三维重构。结论:得到牙颌的三维重建数字模型,牙颌模型的建立将极大地提高后期医生设计牙齿的质量与效率。     

基于反求工程的牙颌模型的建立

目的：利用三维激光扫描仪扫描全牙列模型，对获得的数据进行处理。重构牙颌的三维图形。方法：将获得的三维点云数据进行处理，包括数据平滑、特征提取、数据分割、自由曲面建模等实现牙颌的三维重构。结论：得到牙颌的三维重建数字模型．牙颌模型的建立将极大地提高后期医生设计牙齿的质量与效率。     

基于CT图像的脊椎骨组织分割

研究的内容是对CT图像切片进行三维重建并从重建的三维脊柱模型上分离出单个的脊椎椎骨。主要包括：对原始带噪CT图像进行噪声去除,对CT图像进行单一阀值结合形态学的分割,并仅保留脊椎部分图形;对分割后的结果进行三维重建,得到整个脊柱的三维模型;使用空间超邻域算法,将单个的脊椎椎骨从脊柱三维模型上分离出来。实验结果表明分离出来的单个椎骨效果良好,自动化程度较高,对虚拟脊椎矫正手术有一定的指导意义。     

水平集活动轮廓模型的3维牙齿重建

目的 建立患者口腔每颗牙齿独立的3维模型对于计算机口腔修复的精确定位和量化评估具有十分重要的意义。针对口腔CT图像序列的牙齿形态变化和排列特点,提出一种新颖的基于水平集活动轮廓模型的3维牙齿重建方法。方法 基于层间映射机制,对不同部位牙层切片采用不同的分割模型：利用先验形状约束能量、基于Flux模型的边缘梯度能量、基于先验灰度的局部区域能量相结合构造的单相混合水平集模型分割牙根层切片轮廓;利用结合区域竞争约束的双相混合水平集模型分割牙冠层切片轮廓;最后利用这些层间轮廓重建出牙齿3维模型。结果 对不同位置的牙齿CT图像进行分割实验,结果表明,与现有的方法相比,本文方法具有较好的分割效果和较高的准确率,平均分割相似系数达到96%。结论 本文的混合水平集模型能有效克服牙髓腔和牙槽骨的干扰以及图像灰度不均匀等问题,较准确地重建出每颗牙齿独立的3维模型,从而为制定口腔修复规划、生物力学分析等奠定坚实的基础。     

3D finite element mesh generation of complicated tooth model based on CT slices

An interactive three-dimensional finite element generation method is presented for modelling a multi-connected teeth and mandible structure. The tetrahedron is chosen as the basic element type due to its rigorous adaptability to structures with geometric complexities. The mesh generation is implemented by allocating two quadrangles in adjacent CT image slices to form a set of tetrahedrons. By examining all the possible allocations and their degradations, an algorithm is developed for interactive mesh generation, resulting in a series of tetrahedrons consistent with all the others without overlapping and spacing. The developed system was applied to a tooth-mandibular structure, generating a complicated 3D FEM model consisting of 4762 nodes and 18,534 tetrahedral elements with nine different materials. This 3D model was successfully used to evaluate different tooth restoration strategies, which proved the viability and effectiveness of the proposed method.     

基于二维超声- 三维 CT 配准的肾脏穿刺定位方法可行性研究

医学影像引导的经皮肾穿刺手术是经皮肾镜取石术中建立手术通道的重要手段,高质量的 实时医学图像可以提高术中穿刺精度,减少手术风险。针对自由呼吸下经皮肾穿刺靶点的导航定位问 题,该研究提出了一种基于术中二维超声-术前三维 CT 实时配准的肾脏穿刺定位方法。首先对肾脏轮 廓特征的二维超声图像和三维 CT 图像进行由粗到精的快速配准,然后通过超声探头标定,将配准融合 后的图像注册到手术空间,实现穿刺靶点的实时定位。人体腹部模型实验结果表明,超声探头标定均 方根误差为 0.998 mm,二维超声和三维 CT 数据配准误差为 0.709 mm,平均配准运算时间为 1.15 s,最 终的平均定位误差为 2.265 mm。     

牙缝约束下模糊连接法对单颗牙齿的分割

采用模糊连接分割算法克服牙齿边界的模糊性对待选牙齿进行初分割,以获取完整的外缘轮廓,其次采用牙弓拟合及牙缝定位方法获取牙缝边界信息,并对初分割结果施以边界约束,从而克服模糊连接分割算法难于分割粘连牙的特点.实验结果表明,该方法能够有效地分割出单颗牙齿,将其扩展到CT序列切片上,即可实现单颗牙齿的三维分割,克服畸形牙的分割难题.     

基于三维模型的Android手机端人脸姿态实时估计系统

针对人脸姿态估计对系统性能要求高、在手机上运行无法满足实时性要求等问题,实现了一种Android手机端的人脸姿态实时估计系统。首先,由摄像头获得一幅正面和一幅偏移一定角度的人脸图像,利用从运动中构建结构(SfM)算法建立简单三维人脸模型;然后,提取实时人脸图像中与三维人脸模型相互对应的特征点,基于缩放正投影位姿估计(POSIT)算法估计人脸姿态角度;最后将三维人脸模型通过开放图形开发库(OpenGL)实时显示在手机屏幕上。实验结果表明,实时视频中检测人脸姿态并显示的速度可以达到20 frame/s,接近计算机端的基于仿射对应的三维人脸姿态估计算法,而且针对大量图片序列的检测可以达到50 frame/s,能够满足Android手机端的性能和检测人脸姿态的实时性要求。     

基于多尺度多模式图像的肺结节分类对比研究

基于深度卷积神经网络模型,讨论了不同尺度及不同模式肺结节图像对模型分类表现的影响,并提出了一种2D多视图融合的肺图像处理方法,该方法比传统的2D方式能获取更多的肺结节信息,同时又能比3D的方式引入更少的干扰组织。为了验证模型,对LIDC-IDRI和LUNA16数据集进行了预处理,得到了16、25、36三种尺度下2D、3D、2D全视图融合以及2D多视图融合四种不同模式的肺结节图像,然后构建了2D CNN、3D CNN、2D全视图融合卷积神经网络、2D多视图融合卷积神经网络四种模型。利用上述样本对模型进行训练和验证,最终结果表明,2D多视图融合模式下的肺结节图像相对于其他模式图像具有更佳的肺结节分类表现;对比多种尺度图像,小尺度下的分类表现相对更佳。     

基于形态学和Otsu 的固体火箭发动机CT 缺陷三维分割

为了能够准确判别固体火箭发动机内部缺陷的性质和可能对发动机造成的危害, 需要从三维空间的角度来观察分析。在传统的缺陷分析中,主要是通过观察CT 的二维切片序 列图像以及对二维图像的主观分析去发现缺陷体。为了对缺陷体进行更为准确、立体地分析, 提出对固体火箭发动机工业CT 三维体数据进行处理。首先,通过结合形态学和Otsu 阈值分割 方法对缺陷进行分割和提取;然后,重构出缺陷体三维体数据;最后,对体数据进行三维可视 化显示。实验结果表明,该方法能有效、准确地分割和提取固体火箭发动机三维CT 图像缺陷, 具有较强的鲁棒性。     

下颌骨CT序列图象的三维重建

在对医学图象三维重建的研究现状和已有的重建方法进行分析的基础上，从牙科医生进行牙种植手术的实际情况出发，提出了一种简单，实用的三维图象重建算法－影像配准叠加法，该方法的基本思路是：首先对二维CT数字图象进行影像纠正，内插和配准，以确定每个像素的三维坐标值，再按其空间位置关系给每个像素点设置适当的透明度，然后进行影像配准叠加，以便在二维屏幕上显示出具有立体感的真三维图象来，实验结果表明，该方法定位精度高，重建图象失真度小，既能作定性观察，又能作定量测量，并且测量数据精度较高。     

基于姿态编码器的2D/3D脊椎医学图像实时配准方法

2D/3D医学图像配准是骨科手术三维实时导航中的一项关键技术,然而传统的基于优化迭代的2D/3D配准方法需要经过多次迭代计算,无法满足医生在手术过程中对于实时配准的要求。针对该问题,提出一种基于自编码器的姿态回归网络来通过隐空间解码捕获几何姿态信息,从而快速地回归出术中X射线图像对应的术前脊椎位置的3D姿态,并经过重新投影生成最终的配准图像。通过引入新的损失函数,以“粗细”结合配准的方式对模型进行约束,保证了姿态回归的精确度。在CTSpine1K脊椎数据集中抽取100组CT扫描图像进行10折交叉验证,实验结果表明：所提出的模型所生成的配准结果图像与X射线图像的平均绝对误差（MAE）为0.04,平均目标配准误差（mTRE）为1.16 mm,单帧耗时1.7 s。与基于传统优化的方法相比,该模型配准时间大幅缩短。相较于基于学习的方法,该模型在快速配准的同时,保证了较高的配准精度。可见,所提模型可以满足术中实时高精配准的要求。