医学图像三维有限元重建中的数据管理及T10～T12胸椎模型建立

在进行生物力学分析时 ,依靠序列医学图像进行三维有限元模型重建是一种必要的手段 ,但是此过程中图像的数据处理和网格划分等繁重的前处理工作 ,成为了有限元分析工作的瓶颈 ,尤其是形状和其医学图像的数据具有复杂性的胸椎的模型的建立。针对胸椎三维有限元模型建立所必需的数据 ,给出了基于 CT医学图像处理所必需的数据结构和类型 ,分析了数据获得和处理的方法。同时提出了基于分块建模思想的数据管理方法 ,结合MSC.Marc软件实现了网格划分 ,建立了 T10～ T12段胸椎的三维有限元模型 ,其形态特征基本保持了实际骨骼的外形特征 ,满足了生物力学研究分析的要求。针对医学序列图像处理和有限元模型的建立过程中的数据获得与管理 ,是非常有意义的重要工作之一 ,对于其他类似的基于医学图像 (CT、MRI等 )的人体组织的三维有限元重建工作 ,具有拓展意义和实际的指导意义。     

电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯的三维有限元分析

针对电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯运动生物力学特性改变进行有限元仿真研究,对比分析膝关节生物力学行为改变与电针治疗疗效的相关性.基于CT和MRI图像数据,结合Mimics和Geomagic医学图像处理软件,建立人体膝关节下楼梯屈曲15°和上楼梯屈曲50°时的三维有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内外侧半月板、股骨...     

基于压缩感知的医学图像重建方法

压缩感知理论广泛应用于信号和图像处理当中,该文分别利用三种基于压缩感知的重构算法,即凸优化算法中的基追踪算法、贪婪算法中的正交匹配追踪和分段正交匹配追踪算法,在采用小波变换实现稀疏表达的基础上,比较其二维图像重构效果。实验结果表明,借助压缩感知理论,能借助少量的稀疏系数,来精确重构出原始图像,图像质量与原始图像差异不大。因此,基于压缩感知的医学图像重建方法,在医学图像处理领域,具有十分重要的理论意义和临床应用价值。     

基于VTK的医学图像网格化建模系统开发

开发了一套基于VTK的集医学图像处理、三维重建、有限元网格生成功能为一体的软件系统,实现了从医学图像到有限元网格解剖真实的几何建模.系统通过读取医学切片图像,在图像预处理、分割、表面重建、平滑与简化后生成解剖真实的几何模型和有限元网格.系统可输出CAD、RP/RM、有限元体网格文件,为基于医学图像的生物力学仿真、基于数值模拟的外科手术规划、快速成型与制造服务.     

基于CT数据构建人体腰骶椎的有限元模型

背景：目前有限元模型的方法主要是基于医学图像的建模方法,可直接反映人体腰椎真实的几何形态。 目的：以CT影像数据为基础,利用图像处理软件建立L1~S5节段的腰骶椎三维有限元模型。 方法：选取1名男性健康志愿者,采用各向同性分辨率 0.625 mm 薄层CT扫描数据,以Dicom 格式导入 Mimics 10.0软件,三维化处理后获得腰骶段三维几何面网格模型,通过Geomagic studio 12.0软件曲面化、HyperMesh 10.0软件网格划分,最终导入Abaqus10.1软件生成腰骶椎三维有限元模型。 结果与结论：建立了精确的人体腰骶椎三维有限元模型并验证有效。应用精细的影像学数据,通过软件进行图像处理,快捷有效完成了脊柱模型的构建。此完整的多节段模型可方便考察临床疾病和外科固定对脊柱整体的影响,弥补了目前单个运动节段模型的缺陷。     

在改进的有限元模型上实现一种较严格的动态电阻抗断层成象算法

对一种较为严格的图像重构算法——广义逆法进行了推导，并在计算机有限元模型上实现了该算法，重构出了反映阻抗变化量的图像（即动态成像），并根据阻抗重构问题的特点，改进了现有的有限元计算机重构模型，在改进模型上实现了广义逆法。改进的模型与原有模型相比，其正向矩阵的病态性得到较大的改善。从重构结果上看，在改进模型上的广义逆法与现有算法——等位线法相比，成像定位更准确、图像更清晰，能较好的重构出阻抗分布复杂的模型，噪声性能也优于等位线法。     

人工智能方法在医学图像处理中的研究新进展

目的:随着医学影像智能化诊断的快速发展,为了满足愈加复杂的医学图像分析和处理要求,人工智能方法成为近年来医学图像处理技术发展的一个研究热点。本文对近五年来人工智能方法在医学图像处理领域应用的新进展进行综述。方法:将应用在医学图像处理领域主要的几种人工智能方法进行了分类总结,讨论了这些方法在医学图像处理各分支领域的应用,分析比较了不同方法间的优缺点。结果:人工智能方法应用主要在医学图像分割、图像配准、图像融合、图像压缩、图像重建等领域;包括蚁群算法、模糊集合、人工神经网络、粒子群算法、遗传算法、进化计算、人工免疫算法、粒计算和多Agent技术等;涉及MR图像、超声图像、PET图像、CT图像和医学红外图像等多种医学图像。结论:由于医学影像图像对比度较低,不同组织的特征可变性较大,不同组织间边界模糊、血管和神经等微细结构分布复杂,尚无通用方法对任意医学图像都能取得绝对理想的处理效果。改进的人工智能方法与传统图像处理方法的结合,在功能上相互取长补短,将是医学图像处理技术重要的发展趋势。     

基于螺旋CT构建人体骨盆三维有限元模型

目的 利用作者所在研究所自行开发的两种图像处理软件GETCT和MedGraphics，构建骨盆三维有限元模型。方法 CT图像处理、截面轮廓线信息处理、数字有限元分析。结果 准确快速的建立了人体骨盆的三维有限元模型。结论 利用上述两种软件以及一些现有的软件可以准确，快速地构建人体骨盆的三维有限元模型，并进行计算。有限元分析结果表明该方法可用于构建骨盆有限元模型。     

基于CT影像的人体踝关节三维重建

以踝关节的生理解剖结构为理论依据,利用踝关节的CT图像作为二维数据源,通过医学图像处理软件Mimics建立踝关节的三维模型,然后使用3-matic对三维模型的网格进行优化,最后对优化前后的模型进行对比分析。结果发现经过优化后的踝关节三维模型在结构上与人体真实的踝关节结构并无明显的差异,精确程度满足要求,对于患者病情的分析及治疗方案的确立具有重要的指导意义。     

图像分割在医学图像处理中的应用

目的讨论了医学图像处理中图像分割的几种算法。方法讲述了几种图像分割的算法，并应用于实际的医学图像处理中。结果每种图像分割算法与图像处理都有各自不同的处理效果，各有优、缺点。结论在具体实际情况的使用中，根据不同的情况采用不同的分割算法，以达到更好的效果。     

人体下颈椎计算分析系统的开发和应用

颈椎是一个典型的非规则形体构件,由于颈椎体、关节、韧带、椎间盘等材料性质不一,模型的建立较为复杂,准确建立异物同构颈椎模型尤为重要。几何模型数据取自健康男性的颈椎CT片,采用人体颈椎几何特性,使用数字化三维医学影像交互式处理系统MIMICS11.11,通过CT图像识别方法建立三维有限元颈椎模型。使用FORTRAN语言编制与MIMICS11.11及大型有限元分析软件ANSYS的接口程序。我们研制了人体颈椎分析系统,实现多种情况下颈椎模型的计算分析。计算表明建立的颈椎模型较为合理,明显提高了人体颈椎模型的构造能力和分析能力。     

人体颅脑MRI图像中下颌骨的分割及三维建模

目的:在目前的影像医疗诊断中,仅凭观察二维CT、MRI图像是很难实现准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系的。本研究利用CT、MRI图像数据,帮助医生对病变体及其人体组织感兴趣的区域进行分割提取,用于医学图像的三维显示、三维重建。材料与方法:应用Mimics软件,对132层,层间距为1.0mm的MRI扫描图像进行图像去噪、分割和平滑等处理,最终创建三维模型。结果:建立了更为精确,应用更为广泛的下颌骨三维模型。结论:运用Mimics对MRI医学图像进行分割,重建三维模型,能全面显示病变的病理解剖改变,为临床治疗提供精细的影像学信息,从而使重建后的三维模型可清晰地再现病灶与周围组织的解剖关系,大大增强了医学图象分析系统的临床实用价值。     

基于流固耦合计算机流体力学模拟分析人体主动脉弓内血液流动

目的比较分析应用弹性血管壁的流固耦合计算流体力学（CFD）方法和刚性血管壁的CFD方法模拟获得的正常主动脉弓内血流动力学参数,同时比较两种方法的优劣,为深入研究血液流动状态与动脉疾病的关系提供帮助。方法取46岁男性,胸主动脉正常CT图像,格式为Dicom,层间距为0.5mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5mm。应用医学图像后处理软件,对通过临床获得正常人体主动脉CT二维医学图像数据进行重构,得到主动脉血流及血管壁的三维立体模型并应用于模拟计算。结果在设定边界条件和初始条件的基础上,经多次迭代耦合计算,获得血管壁形变、等效应力、血流速度、壁面振荡切应力等相关血流动力学参数。结论在心动周期内弹性血管壁的主动脉内血流情况较刚性血管壁主动脉内血流情况更为复杂,管壁等效压力变化较大,血管壁的振荡切应力更高,表明弹性血管壁的流固耦合的CFD模拟更能体现真实主动脉内复杂血流情况,为深入研究血流动力学与心脑血管疾病的关系提供了一定的技术支持。     

衍射增强成像的生物医学应用研究进展

【摘要】X射线相衬成像技术是近年来研究开发的高衬度和高空间分辨率的新型成像技术,和传统X射线成像技术相比,它可满足生物软组织微观成像条件,获得软组织的丰富内部微观结构细节。衍射增强成像（DEI）是相衬成像技术的研究热点。利用基于DEI的信息提取和CT重建等图像处理技术,能够获得生物样品高质量图像及三维精细微观结构,更好地显示样品内部的结构和细节。结合DEI的理论和图像处理方法介绍了DEI技术的生物医学应用进展。     

正常人高分辨率CT中耳三维有限元建模方法

目的探索根据正常人颞骨高分辨率CT二维图像建立中耳三维有限元实体模型的方法。方法获得无中耳传音结构病变志愿者高分辨颞骨CT资料,使用Photoshop、Amira、HyperMesh及Abaqus软件根据二维CT图像建立中耳三维有限元实体模型。结果建立了包含鼓膜、听骨链的中耳三维有限元实体模型,模型几何尺寸在正常解剖数据范围内。结论探索出一种基于正常人颞骨高分辨率CT二维图像的中耳三维有限元实体建模方法,具有快捷、方便、廉价、无创性的优点,为进一步进行中耳声音传导机制有限元分析奠定了基础。     

基于CT图像胸主动脉夹层与正常胸主动脉内血流动力学模拟对比分析

目的通过对基于CT图像的血流动力学数值模拟获得的患有降主动脉夹层与正常胸主动脉内的血流动力学参数的比较,分析主动脉夹层内血液流动状态与动脉夹层疾病的关系,为阐明主动脉夹层疾病的发病机制提供理论依据。方法患者A为46岁男性,胸主动脉正常;患者B为33岁女性,患有通腔型降主动脉夹层,即通腔形式的DeBakeyⅢ型主动脉夹层。CT图像为DICOM格式,层间距为0.5mm,每片图像的平面分辨率为512×512,像素大小为0.5mm。应用医学图像后处理软件对通过临床获得的CT二维医学图像数据进行处理重构,得到正常和患有降主动脉夹层的胸主动脉三维立体模型并转化为可用于模拟计算的计算机辅助设计（CAD）模型。应用计算流体力学（CFD）软件模拟胸主动脉内血流情况,获得相关血流动力学参数。结果计算出胸主动脉在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论在心动周期内患有动脉夹层胸主动脉内血流情况较正常胸主动脉内血流情况更为复杂,表现为管壁压力变化较大、夹层开口处出现多个漩涡等现象,表明主动脉夹层内复杂血流情况与主动脉夹层疾病的发病机制存在一定的关系。     

基于PCNN的PET／CT图像分割在肺癌靶区勾画中的应用

摘要：目的：研究基于脉冲耦合神经网络PCNN的PET／CT图像自动分割技术在肺癌靶区勾画中的应用。方法：采集20例无转移的肺癌患者的PET／CT图像。由2名有经验的放疗科医生分别依据CT图像和PET／CT图像采用目测法勾画肿瘤靶区,分别命名为GTV-cT和GTV-PET。所有PET图像均由自主编写的基于PCNN的分割方法进行靶区的自动分割．所得靶区为GTv-PETauto。采用PINNACLEV9．2放射治疗计划系统分别计算三种方法所勾画的靶区体积,对三种GTV的体积大小和重合关系进行比较。结果：两名医生依据cT图像勾画的靶区平均体积GTV-CTl和GTV-CT2分别为（210．56＋197．38）cm3和（192．83±187．05）cm3,两者之间差异有统计学意义（P〈0．05）;依据PET／CT勾画的靶区GTV-PETl和GTV．PET2分别为（141．50±118．43）cm3和（130．47±116．70）cm3,未见统计学差异（P〉0．05）。两名医生依据PET／CT图像勾画的靶区差异较依据CT的差异小。PET／CT自动分割靶区GTV-PETauto为（133．19±101．28）cm3,与GTV-PET比较未见统计学差异（P〉0．05）,验证了PCNN分割方法的可靠性。GTV-PETauto、GTV-PET均小于CT手动勾画靶区GTV-CT,差异有统计学意义（P〈0．05）,其中13例靶区因区分肿瘤和肺不张而缩小。结论：基于PCNN的PET／CT图像分割技术提高了肿瘤靶区勾画的精确性,减少了不同医生勾画靶区的差异性,并大大缩短了医生进行靶区勾画的时间。     

人体主动脉弓内非牛顿血液流动数值模拟分析

目的:通过基于三维重构技术对正常人体主动脉弓内的血流进行非牛顿血液模型数值模拟,分析血流动力学参数与血管疾病的关系,并与牛顿血液模型获得的壁面切应力(WSS)参数进行比较。方法:对临床获得的CT医学图像据进行处理重构,并转化为可用于模拟计算的三维模型。应用计算流体力学(CFD)方法进行数值模拟计算。结果:获得了正常人体主动脉弓内血流在心动周期内不同时刻的血流动力学参数。结论:主动脉弓内复杂的血流情况与血管疾病的产生与发展存在一定联系,并且非牛顿血液模型更为适合进行深入细致的主动脉弓内血液低速区域的瞬态模拟分析。     

下颌骨数字化可视模型的建立

目的:建立下颌骨的三维数字化可视模型。方法:选择合适的尸体标本,经固定、动脉灌注、冷冻、包埋、洗切、数据采集,获得数字人数据集,取数字人数据图像中下颌骨有关的二维图像,提取其轮廓线,利用Amira软件系统进行下颌骨的外形及下颌管的重建。结果:利用数字人数据得到下颌骨精细的三维模型,在三维空间上真实地再现了下颌骨、下颌牙的解剖形态,并准确地显示出下颌管的位置与走行。结论:通过数字人数据,采用应用软件重建方法获得下颌骨三维模型,为口腔解剖及外科教学、下颌骨的美容整形及正颌外科手术治疗、下颌牙齿种植等提供了解剖学依据。