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1、2008年第53卷第10期:1189~1195《中国科学》杂志社论文SCIENCEINCHINAPRESS高分辨数字人体三维结构数据集的构建与可视化①①*①②②①李安安,刘谦,曾绍群,唐雷,钟世镇,骆清铭①华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室,武汉光电国家实验室(筹),武汉430074;②南方医科大学解剖学教研室,广州510515*联系人,E-mail:qianliu@mail.hust.edu.cn2007-12-19收稿,2008-04-06接受国家高技术研究发展计划(批准号:2006AA02Z343)资助项目摘要中国数字人研究
2、是将人体解剖结构数字化和可视化,建立具有组织形态、物理功能和关键词生理功能的人体信息系统.在获取的中国数字人体断层切削照片的基础上,本研究对中国数中国数字人解剖图谱字人体断层切削照片进行了预处理,完成了中国男性数字人体生理系统主要器官和组织的分海量数据处理割、标识和命名;用高性能计算集群,对海量的分割数据进行并行快速三维结构重建,构建三维建模了国际上分辨率最高的人体三维解剖结构数据集(体素0.1mm×0.1mm×0.2mm);在三维可视化结构数据集的基础上,开发了二维断层图像和三维结构可视化软件;建立中国数字人体网站(www.vch.or
3、g.cn)进行数据集的共享、发布和推广.该数据集是国家信息数据库和医学基础建设的重要组成部分.数字人研究是将人体解剖结构数字化和可视化,像,不同的研究机构进行了部分器官和组织的三维建立人体组织形态、物理功能和生理功能的人体信息结构重建.系统.它是多学科交叉产生的前沿性课题,近年来得构建完整人体组织器官的三维结构数据集是数到了国内外学者的广泛关注.该研究源于1989年由字人体应用的基础,这些应用涉及医学、工业设计、美国国立医学图书馆发起的“可视人计划”(Visible航天和科教等诸多领域,能够有效地提高工作效率,[1]HumanProjec
4、t,VHP).该计划于1994年成功获取降低成本,统一人体模型标准,避免人体标本使用中一例西方男性解剖结构数据集,1995年发布了西方的伦理道德问题等.其中,在与人类身体关系密切的女性解剖结构数据集.2000年韩国开始了可视人研医学领域,数字人三维结构数据集的应用最为广泛,究的5年计划(VisibleKoreanHuman,VKH),并于次包括新治疗方法研究、手术导航、虚拟手术、临床诊[2]年获取了第一例可视韩国人数据.目前,VHP数据断、核辐射评估与放射治疗、医学教育等.本研究对集已成为最流行的人体断层解剖数据集,以VHP数中国数字人体
5、男性主要器官和组织高分辨率三维解据集为基础,全世界的科研工作者在图像处理、三维剖结构数据集的构建和三维可视化等技术进行了研建模、可视化软件开发、物理模拟等很多领域取得了究,构建了世界上分辨率最高的人体三维解剖结构[3~5]重大成果.数据集.2001年11月以“中国数字化虚拟人体的科技问[6]1材料来源题”为主题的香山科学会议第174次学术讨论会在北京香山召开.会议提出了我国数字化虚拟人体研本研究所处理的原始数据来自中国数字人男性究的规划和建议,揭开了我国数字化虚拟人体研究2号(ChinesedigitalhumanNo.2,CDHM2)人
6、体断层[7]的序幕.目前,南方医科大学和第三军医大学都已获切片数据集.该数据集于2005年3月获得,是目前[7~9]取高分辨的二维断层切削图像,基于上述二维图世界上分辨率最高的人体断层切片数据集(表1).www.scichina.comcsb.scichina.com11892008年5月第53卷第10期表13种数字人原始数据集的对比VHPVKHCDHM2层间距/mm10.20.2总片数187885909320(8952)层内像素数目2048×12163040×20084080×5440色深(Bit)胶片(彩色)24(彩色)24(彩色)C
7、DHM2源自无物理损伤的男性捐献遗体,通过冰冻断层铣削成像方式获得9320张断层切片图像.单张图像大小为4080×5440像素,采用24位彩色深度.RAW(原始图像数据存储格式)格式下的数据总9量达到了260GB(GigaByte,Giga为10,Byte为字节),总的空间分辨率约为0.1mm×0.1mm×0.2图1高分辨数字人体数据集的构建与可视化流程图mm.2方法设备具有17个计算节点,每个节点配备2个IntelXeon2.4GHzCPU,各节点采用InfiniBand高速交换本研究从RAW原始数据出发,对数字人三维解技术互联,总的计
8、算能力达到了1000亿次.剖结构数据集的构建和三维可视化进行了研究,整2.1图像的预处理体研究步骤见图1.图像处理是研究的开始,涉及图像配准、图像压缩、图像分割等方面(图2).三维重建数字人研
