人体骨骼三维模型重建技术的研究

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1、人体骨骼三维模型重建技术的研究　　【摘要】针对三维模型重建技术对医学研究及临床应用的重要性及必要性，根据不同的数据来源和应用目的介绍了人体骨骼模型三维重建的不同方法与途径，并以颅骨和磨牙模型为实例，详细介绍了三维重建过程，最后用相应的重建结果证明了方法的可行性与正确性。　　【关键词】骨骼；逆向工程；三维重建；医学影像　　【Abstract】Withthenecessityandimportanceofreconstructingmedicalimagemodelonthemedicalapplicationandresearch，avarietyofmethodsr

2、econstructinghumanbodySkeletonwereintroducedaccordingtodifferentoriginaldataandapplicationpurposes.Thedifferentreconstructionprocessesofhumanpelvictissues，molarandincisormodelsaredetailed.Thisprovesthevalidityandfeasibilityofthedifferentmeans.　　【Keywords】Humanbodyskeleton；Reverseengine

3、ering；3Dreconstruction；Medicalimage　　0前言　　在20世纪80年代以来，以计算机技术为核心的数字化技术飞速发展，相应的促进了医学影像工程技术和逆向工程技术的发展，也为逆向工程技术应用于医学领域奠定了技术基础。90年代以后，逆向工程技术的医学应用逐步发展，得到了人们的普遍关注并获得了越来越广泛的应用。6　　逆向工程技术（ReverseEngineering，简称RE）是指将实物转换为CAD模型的相关数字化技术、几何模型重建技术以及产品制造技术的总称[1]。在本文中狭义的将其定义为从相关模型的数字信息的获取、数字信息的处理到CAD模型

4、形成这一过程中涉及的技术过程。　　1软件介绍　　Mimics是Materialise公司开发的交互式医学图像控制系统的简称，是对医学CT和MRI图像进行三维重建的专业软件。该软件能输入各种扫描的数据（CT、MRI），建立3D模型进行编辑，然后输出通用的CAD（计算机辅助设计）、FEA（有限元分析），RP（快速成型）格式，是介于医学与机械领域之间的一套逆向软件[2]；Geomagic是美国Raindrop公司的推出的逆向工程软件，是成熟的逆向工程软件之一。利用Geomagic可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面。Ima

5、geware是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、家具、模具及通用的机械行业。UG是功能强大的三维设计软件，是当前世界上最先进的、紧密集成的、面向制造行业的CAD/CAE/CAM高端软件。　　2人体骨骼模型重建方案　　在逆向工程中，实体的三维模型重建是整个过程中最关键、最复杂的环节。在实际应用中，通常根据不同的数据来源和应用目的，选用不同的方法，本文尝试提出以下两种方案来重构人体骨骼或标本的三维模型。　　2.1基于CT/MRI图像的三维模型重构　　2.1.1重构方案6　　该方案是以感兴趣的人体骨骼的CT/MRI图像为数据源的模型重建方案。技术路线如图1所

6、示，首先对人体骨骼进行CT/核磁扫描，获取用于三维模型重建的CT/MRI图像并以DICOM格式存储，然后输入到Mimics软件中。为了确保图像质量，先要对图像进行预处理，然后进行图像分割和边缘的提取与处理，将软组织与骨骼组织进行分离，得到所需组织区域。再通过区域生长处理对已经确定的某一层面的组织区域通过区域生长功能扩展到其他剩余层。最后通过Calculate3D工具由mask计算所需组织的三维模型。为了得到较好的模型效果，需要对所建好的模型进行后期处理，如光顺（Smoothing）、重新网格划分（Remesh）等。重构的三维模型，可以以STL格式输出文件，然后将文件

7、输入快速成型机，采用不同的快速成型材料及不同的快速成型方法[3]，得到用于不同目的的快速成形原型件。　　因为STL格式是以三角面片来表示模型的，不是传统意义上的CAD模型，不能对模型进行任意的修改。在将重构的组织模型用于假体设计及有限元分析等方面时，可以将得到的组织模型以图形数据文件交换的一种标准格式，IGES格式，将模型输出，得到模型的点云数据。然后利用逆向工程原理，进行三维重构，得到所需组织的CAD模型。　　2.1.2重建案例6　　使用CT扫描机，采集了人体头部CT数据，如图2a）所示。得到DIMCOM格式的颅骨扫描后的数据，运用Mimics软件读入计算机中