应用激光选区烧结技术制作人体膝关节模型.pdf

《应用激光选区烧结技术制作人体膝关节模型.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、机械工程／生物技术现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2016年第9期应用激光选区烧结技术制作人体膝关节模型+赵锦龙，王鹏程，刘海亮(内蒙古工业大学工程训练中心，呼和浩特010051)摘要：阐述利用Mimics软件重建三维膝关节骨骼模型的方法和步骤。应用激光选区烧结技术成型骨骼实体模型，实现基于CT断层图像的三维重建与实体模型匹配化制造。关键词：激光选区烧结；Mimics软件；三维重建中图分类号：THl64文献标志码：A文章编号：167l—3133(2016)09—0030—0

2、3DOI：10．16731／j．cnki．1671—3133．2016．09．007Fabricationofkneejointmodel、)I，ithselectivelasersinteringtechniqueZhaoJinlong，WangPengcheng，LiuHailiang(InnerMongoliaUniversityofTechnology，Hohhot010051，China)Abstract：Discussesthemethodsandstepsofrebuildkneejointmodelb

3、yuseofMimics．Thekneejointmodelwasbuiltwithse—lectivelasersinteringtechnique．ThisresearchcarriesoutthreedimensionrebuildbasedonmedicalCTpictureandmatchingmanufacturingwithmodelKeywords：selectivelasersintering；Mimicsso'ware；threedimensionrebuild0引言三维图像较CT断层图像直观，能

4、为医务工作者提供更加丰富的信息⋯。同时，传统方法制造骨骼形状难以实现与人体骨骼相匹配。为此，本文详细阐述基于CT断层图像的三维重建方法，以聚苯乙烯粉末为原料，烧结膝关节骨骼模型，为制造与人体高度匹配的人工骨奠定基础旧J。采用的技术路线见图1。三维膝关节骨骼模型包括三维膝关节数字模型和三维膝关节物化模型。CT断层图像}_叫图像滤波H阈值分割}_叫区域生长模型后处理H模型烧结}_叫分层切片}-+

5、三维重建图1激光选区烧结技术重建人体骨骼模型技术路线1实验材料及设备实验材料选用聚苯乙烯粉末。实验设备选用北京隆源公司的快速成

6、型机AFS320，软件为Arps2000、Mimicsl3．1和Magics9．5，·内蒙古自然科学基金项目(2011MS08-07)30选用日本日立公司的S-3400N电子显微镜，GELight-speed16非螺旋CT扫描膝关节获得断层图像190层。2三维膝关节数字模型重建2．1CT断层图像滤波CT设备扫描过程中，骨骼、脂肪、软组织、体液、周边设备和周围附属物因密度不同对x射线吸收系数不同，具有不同CT值，在断层图像中以不同灰度显示旧J，因此，CT图像生成过程中，不可避免地会出现噪声，从而降低图像质量MJ。为确保

7、目标区域信号的强度，在三维重建前，应对系列cT断层图像进行滤波，去除噪声影响，增强目标图像特征。Mimics软件拥有强大滤波功能，能有效去除以Dicom格式导入断层图像的噪声。采用Mimics软件对采集的图像进行滤波，滤波前、后的CT像素统计分布数量如图2、图3所示。对比图2、图3所示可知，滤波前的CT像素统计分布数量最大为620057，滤波后的CT像素统计分布数量最大为348632，像素分布数量有明显减少，去除噪声效果显著。赵锦龙，等：应用激光选区烧结技术制作人体膝关节模型620057550000500000翻45

8、0000誊400000‘口冬350000：之300000萋250000鋈20000015000010000050000O盘i籁谣^?：：螺舔毯023．449125699l273185(CT值图2滤波前2．2骨骼数字提取图4所示为骨骼部分CT断层图像。从图4所示可以看出，骨骼与周围组织的影像明暗程度不同，即CT灰度值不同。利用灰度值的差别，运用阈值分割法设定灰度值下限，可以准确地提取目标区域。用软件Mimics13．1在图4不同区域画直线，生成阈值分布图，如图5所示。图5中横坐标为所画直线长度，纵坐标为灰度值，中间两条

9、曲线为骨骼灰度值分布。CT断层图像提取骨骼数字的经验方法是设定阈值下限约为阈值分布图中阈值峰值的1／3。所以，分析图5所示可知，设定阈值下限范围为200—260。通过图6所示的阈值调节界面，改变阈值下限，选择最低阈值降低到226，骨组织完全提取，其结果如图7所示。从图7所示可以看到，骨骼轮廓着重色显示，其灰度值落在所设阈值范围内，表明去除了周围