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基于影像特征的腰椎间盘突出症精确建模及介入治疗的图像仿真研究
对脊柱组织的几何建模和物理建模是目前生物医学工程领域的研究热点,这方面的研究在计算机辅助医疗诊断和计算机辅助介入治疗等方面有广泛的应用前景.本文综述了脊柱组织建模研究进展情况,重点阐述了基于影像的特征方法(CT,MRI)脊柱组织的几何模型重建,并在此基础上应用有限元方法建立物理模型.介绍了相关模型的应用特点和意义.
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三维几何建模与仿真技术在牙颌修复中的应用
提出正常人牙颌组织从CT数据处理到目标组织几何建模及仿真设计的技术路线.将CT断层图像经过线性插值构造出三维数据场,分割出目标牙颌组织后,利用Marching Cubes算法提取牙颌组织的三角面几何模型.采用层切法重建完整的牙列咬和面,其层切精度达到0.2mm.经过配准,实现层切法和CT扫描所得图形线框的坐标拟合.然后在PowerSHAPE中对牙列单元进行三维重建,形成一套易于修改、方便组合的模型库;后通过编程建立了牙列缺损与修复的几何仿真系统.
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一种三维图像几何模型的构造方法
本文提出了一种直接从三维体数据图像建立物体表面几何模型的新方法.该方法直接利用三维图像偏微分计算边缘的曲率,并根据曲率的特性,选取表面的顶点.该方法的优点是被选取出的物体表面顶点充分代表了表面特性,保持了物体表面的拓扑结构及表面的不连续方向.另外,本方法实现规范,参数选择简单,针对不同的应用环境及计算机能力,可以灵活地选择不同分辨率的表面几何模型.
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血流动力学对分叉冠脉支架后再狭窄的影响
目的:冠状动脉分叉病变植入支架后易形成再狭窄,尽管其形成机理和原因目前仍不十分清楚,但大量的文献表明支架植入引起的血流动力学改变是再狭窄的形成的重要因素之一。在过去较长一段时间里,很多的CFD研究分析了分叉冠脉支架植入过程的血流动力学变化和其主要临床事件。但是大多都是理想化的几何模型,可能存在与临床实际不符的问题。本研究针对真实个体化的冠脉几何模型,虚拟植入支架后,分析支架后即时血流动力学参数对再狭窄的影响。
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动脉瘤几何形状改变与破裂关系:动脉瘤破裂前后的高分辨率磁共振三维成像
荷兰学者Schneiders等比较了动脉瘤破裂前后的几何形状,认为几何形状的改变可能是导致动脉瘤破裂的危险因素。以往由于患者在动脉瘤破裂前行颅内血管影像学检查的比例很少,因此很难获取与破裂相关的形状变化数据。该研究通过高质量的3D影像技术,获得了动脉瘤破裂前后的3D几何模型,而且比较了动脉瘤体积和位置变化。神经放射专家对动脉瘤形状改变、动脉瘤周围血肿以及作用在动脉瘤和载瘤动脉上的扩张效应进行了评估。
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飞机驾驶舱概念设计阶段工效评价用人体几何模型
目的基于飞机驾驶舱设计需要,建立适合其工效分析用的人体几何模型.方法首先进行人体表面划分,确定曲面数据来源、人体曲面表示、人体的关节自由度、局部坐标系及人体各节段的质心位置和大小,后利用三维造型软件显示人体几何模型.结果按上述方法生成的人体几何模型可模拟基本的工效分析动作,包括人体头颅转动和手、脚运动后的终姿态.结论人体几何模型适于目前研究和工程的需要.
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虚拟阑尾切除手术仿真教学系统研发
医学上外科手术操作过程复杂、精细,手术器具繁多,要求临床医生具有相当较高的熟练度,但是通过尸体进行练习的方法价格高昂,并且尸体与活体存在较大差别,达不到预期训练教学效果.虚拟阑尾切除手术仿真教学系统是将外科手术与计算机仿真结合在一起,通过VR技术模拟真实阑尾手术过程,使临床医生能够通过虚拟手术环境,学习和处理阑尾切除手术中的各种情况和技能.针对进行临床阑尾切除手术步骤和过程,构建了三维数字化外科手术室虚拟场景、人体组织模型、常用手术器具等3D几何模型;然后构建了人体软组织物理仿真模型,实现了软组织变形算法和碰撞检查功能;后实现了多种手术器械与人体软组织模型的交互,模拟了临床切割、缝合等真实手术过程.临床医生训练结果表明,该系统具有较大的临床应用价值.
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基于逆向工程的颜面部畸形的修复重建研究
逆向工程(reverse engineering,RE)就是将实物变为计算机辅助设计(CAD)模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称,是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型,在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程[1].
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三维超声测量肾体积的实验研究
肾体积与肾疾病有较为密切的关系,准确测量肾体积有重要的临床意义.既往多采用二维超声测量相关径线,根据假定几何模型推算体积,这种方法的准确性和重复性有限.三维超声采用体元法计算体积,不受脏器形状的影响,为脏器体积的精确测量提供了可能.
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仿真环境下医学器官的三维有限元建模方法
背景:通过医学影像图片数据进行三维重建的模型主要应用于医学临床分析,而采用激光扫描进行逆向重建时建立的模型主要用于生物力学分析.生物力学模型建立的精确程度,直接影响分析结果.目的:分析采用医学影像图片数据和三维激光扫描重建医学器官模型的两种方法及意义.方法:①通过人体CT断层扫描医学影像图片数据,并运用医学重建软件进行三维重建.②采用三维激光扫描仪对医学模型进行扫描得到点云数据,再利用逆向处理软件实现医学器官模型的逆向重建.结果与结论:两种方法都可以建立符合人体解剖结构、可进行生物力学仿真计算的几何模型和有限元模型.医学影像CT/MRI数据重建的三维模型,能够真实再现被扫描对象的表面特征及内部结构,该模型为临床辅助诊断、手术规划、整形、假肢设计及解剖教学等方面提供了可靠的参考模型.三维激光扫描所得点云数据进行逆向重建,具有测量精度高、速度快,能够反映所测标本的表面形态,该模型可在交通运输、军事领域中因发生钝性冲击对人体内部器官造成的损伤进行计算机仿真分析.
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胸椎棘突的倾斜度
胸椎棘突呈矢状位后伸向下倾斜,检索有关资料,未见胸椎棘突倾斜度的相关报道,为探讨胸椎棘突倾斜度的几何模型,为人类学、影像学和临床胸椎管穿刺提供依据,对胸椎棘突的倾斜角(棘突上缘与椎体上水平面正中矢状轴的夹角)进行观测.
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腰椎节段虚拟解剖模型及三维运动数字化测量研究
选取腰椎节段进行CT扫描以获取二维图像数据,应用算法软件三维重建和自由造型系统(SensAble FreeForm)虚拟雕刻等技术,建立腰椎节段组织水平的数字化解剖模型,将该模型与"虚拟中国人Ⅱ号"腰椎切片图像的精细解剖信息相对照,分割出椎骨、椎间盘纤维环、髓核、软骨终板等细观拓扑结构,构建出包含4种组织材料的非均质几何模型.
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腹主动脉的血流动力学的数值模拟
在大动脉中,动脉粥样硬化疾病首先在腹主动脉处出现,并且在腹主动脉处更为普遍.由于腹主动脉在其横膈膜附近具有很多分支,这些分支将血液输送到腹部的各个器官,因此,这些状况使得腹主动脉的脉动流的研究变得非常复杂.随着医学成像技术的发展,在体模型的血流动力学研究取得了大量的成果,但是该研究方法也有其自身的局限性,即只能在轴向位置上得到相对较少的速度量,然而在整个腹主动脉中,随时间与空间变化的速度场和剪切应力场并不能通过该方法获得.目前,在脉动流的研究中,大量的研究集中于颈动脉分支的研究,而对于腹主动脉而言,数值上的研究相对较少,因此,为了在更加真实的情况下研究腹主动脉的血流动力学参数,我们建立了一个具有解剖真实的理想化几何模型,并且通过数值模拟的方法来定量的描述脉动流的血流动力学.
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生物医学上现实的心脏储备模型的研究和展望
心脏建模不但具有理论和方法学意义,也具有重要的临床意义,例如,某些临床指标离开了心脏的几何模型将无法计算.在心脏建模中至少存在四个问题:(1)在心脏的几何模型的临床应用中存在着个体化的困难,例如,把具体病人心脏的影象检测数据与理想的几何形状拟合所报告的射血分数值所带来的误差;同时,心脏超声检查心腔体积定量计算研究报告中缺少金标准的选择和对照;(2)在心脏的力学模型方面,心肌收缩能力概念本身至少存在两个严重缺陷,即缺乏能在原位检测而又无可非议的有力指标,特别是缺少可接受的无创性指标,不能区别心肌收缩能力改变与负荷和心率改变在细胞层次上机制,这限制了心脏力学模型的实用性;(3)对不同层次上的心脏模型作生物医学上现实的整合亟待进行,以期对临床心脏病学作出更大支撑;(4)缺少心脏储备建模的研究,而作为心脏病的严重后果的心力衰竭的基本问题正是心脏储备的降低.
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超声心动图检测右心功能
超声心动图能较准确地测定心腔大小、容积、室壁厚度及肺动脉压,且具无创、方便、价廉等优点,已成为目前右心功能检测的常用方法.但由于右室形态既不规则又不对称,具有一个相对独立的流出道,建立几何模型比较困难.检测方法各有优劣,现将主要方法归结如下.
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可摘局部义齿三维几何学模型库的建立
目的建立可摘局部义齿各组成部分的单元库.方法对可摘局部义齿修复中的各种修复体进行单独3D几何建模,可以利用单元库方便地再现各种修复方案的三维几何学仿真,并且可以方便地对修复方案进行编辑,对各组成单元进行替换或修改.结果建立了各类修复体模型的单元库.结论本实验建立的模型库,避免了重复的几何学建模过程,提高了工作效率,并为后续的可摘局部义齿修复方案专家系统或教学系统的建立做了具有重要意义的基础工作.
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一个普适的混合体绘制方法
为了提高普通硬件条件下各类重建数据的混合体绘制图像的视觉效果和效率,我们提出一个基于Shear-Warp的普适混合体绘制方法.首先利用Z-Buffer算法与RLE数据结构对各类重建数据进行预处理;接着,在合成中间图像的过程中依据精度要求选择二重重采样方法,并用即时插值中间切片的重采样方法解决采样过疏现象.后,用OpenGL纹理技术绘制终图像.实验证明该方法不仅效率高,而且显示效果好.
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计算机建模在眼科研究中的应用
人眼的调节机制、眼内压力分布、房水流动情况、眼内温度场分布等特性很难直接测量.建模仿真在眼科学研究中扮演着越来越重要的作用.本文介绍了眼科学研究中主要的计算机建模方法:几何形态建模、物理建模和数学建模.按由整体到局部、从前到后、由外到内的顺序分析了建模仿真在角膜、房水、晶状体、玻璃体、视乳头、巩膜等眼部组织解剖及生理研究中的应用现状.讨论了建模仿真应用到眼科学研究中所存在的问题,指出了未来的发展趋势.