医学图像处理.ppt

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1、基于数字图像技术的牙种植导板设计算法研究报告人：侯光辉指导老师：唐平教授题目：基于数字图像技术的牙种植导板设计算法研究定位：数字图像处理技术（区别于石膏手工制造，空气压膜机制造）牙种植：将人工材料制成的种植体植入缺牙区的牙槽骨中，作为人工牙根，以此为基础修复失牙。导板：即种植体的手术导向模板。通过导向孔的深度和方向,形状保证种植手术的安全，可靠。研究意义国内种植市场的广泛需求：最近的统计指出全国有2.5亿缺牙患者,且每年以5%的速度递增；随着中国经济的高速发展，人民的生活水平日益提高，对高品质的生活质量的追求必然待用国人口腔保健意识的增强和口腔保健市场的

2、繁荣。当前种植手术对手术导板提出要求：精确，安全，可靠，术前虚拟，减少手术操作难度图像分割和识别技术，三维可视化重建和交互技术，高精度影像技术的研究与发展，能够为人类的生产活动提供更加精确，可靠，丰富的信息，为人类带来巨大的经济和社会效益，目前已成为生物学、医学甚至社会科学等领域中各学科学习和研究的对象。技术意义：国内外研究/技术发展现状和趋势国外：1987年，Edge首次应用模板辅助牙种植体的植入。1993年，SimPlant软件：在Windows界面下完成牙种植术前设计。2000年，Nobel-Guide软件：制作出个体化外科模板。SurgCase：

3、提供三维数据，制造个体化的种植体外科导板。历史悠久，技术垄断，缺陷国内：国内对医学体数据场可视化研究及应用开发起步较晚，始于上个世纪90年代初，水平相比国外还有一定差距。目前，浙江大学、清华大学、东南大学、西北大学、中科院自动化所等均做了大量研究，开发了一些实验系统。如2004年中科院自动化所开发的3DMED系统，浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发的“通用交互可视化环境”，第三军医大学“可视人”数据及“可视人系统”的研究等。国内的特殊情况国外商业软件，应用于个体化手术设计和导板制作的成本太高，并且长期处于依赖进口产品和技术的不利局面。进入我国医疗市场

4、的价格过于昂贵，超过其实际的价值：如单个定位导向模板的制造的费用高达6000元（尚不包括临床医生完成手术规划的劳务费用），而常规种植手术的全部费用为10000元人民币左右（单颗种植牙，包括材料和手术费用），我国的口腔种植医疗市场普遍难以接受。研究开发目标利用计算机图形图像学中的图像增强，图像分割，可视化三维建模、三维空间交互操作，开发一套完整的拥有自主知识产权的牙种植计算机辅助系统，实现牙种植术前骨量及骨形态的全面分析、个体化手术设计、手术导板及修复模板的制作、手术模拟和预测、即刻修复及即刻种植等功能，并为这种方法应用于颅颌面种植及全身其他部位假体修复提

5、供研究方向和思路。科学研究内容1.牙种植计算机辅助系统架构牙种植计算机辅助系统由两大模块构成：牙种植计算机辅助设计（CAD）模块；牙种植计算机辅助制作（CAM）模块。2.基于拟合样条曲线的任意方向虚拟切片提取算法研究在三维模型中的任意方向的切割技术是为了通过虚拟手术操作提供的更加精确的定位，全方位，多角度进行观察诊断的需求，具有虚拟手术刀的作用。3.种植体的可视化交互定位技术研究在重建的三维模型内对种植体进行移动，拉伸，缩放，旋转以及直线或曲线测量，任意拾取点等操作，可以更为高效地准确地对种植体进行设计，预览效果，并获取了相关模型参数，还提出了针对种植体

6、的自适应调整算法。4.目标区域的增厚处理和导板生成技术研究手术导板作为最终信息载体（结构，导向孔，厚度），将牙种植手术的设计思想通过术中模板的准确与精确定位和引导赋予实现。研究方法本课题选用基于OpenGL的，可用于三维计算机图形学、科学计算可视化、图像处理的三维可视化工具VTK以及MFC开发框架以搭建研究平台。运用图像增强，图像分割，图像识别等图像处理技术设计种植体手术导板，结合软件或硬件的技术优势提升系统性能（可视化交互，三维重建），通过控制点拟合样条曲线对三维模型进行多角度自由灵活地切割处理，探讨优良的曲线,曲面拟合算法对图像的关键区域进行边缘提取

7、并重建三维手术导板。技术路线1.搭建牙种植计算机辅助系统架构系统的控制流程描述：通过高精度的螺旋CT获取CT图片和进行必要的图像预处理，采用加速三维重建技术构建三维模体，根据用户选择针对模型进行各种交互性切割，对不同切割角度的图片观察和测量计算基础上，定位虚拟种植体的方位，尺寸，然后对种植体周围的目标区域进行分割处理，最后对目标区域三维重建，得到种植体手术导板。2.基于拟合样条曲线的任意方向虚拟切片提取算法研究拟合样条曲线：根据自定义数量的控制点研究拟合光滑的可灵活控制的样条曲线。在生成曲线通过鼠标拖动控制点以拉伸曲线或拖动曲线到平面上的任意的位置。由于

8、Cardinal样条插值可以在少量的手工描绘点间产生大量的点，既保持了牙槽骨弓弧