医学影像中的三维重建技术研究

中国组织　［程研究与临床康复第‘７４眷　４３　２０１０—１０—２２出版　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｖｅ　Ｔｉｓｓｕｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２２．２０１０　ＶｏＩ．１４．Ｎｏ．４３　医学图像三维重建系统的关键技术研究与设计★　印志鸿，张季　Ｃｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｅ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｙｉｎ　Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ．Ｚｈａｎｇ　Ｊｉ　ｌｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ＴｒａｄｉｔｉｏｎａＩ　Ｃ：ｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４６．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｃｈｉｎａ　Ｙｉｎ　Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ￣．　Ｍａｓｔｅｒ，Ｌｅｄｕｒｅｒ，　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ＴｒａｄｉｔｉｏｎａＩ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００４６．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｃｈｉｎａ　ｙｉｎｚｈｉｈｏｎｇｎｊ＠　１２６ｃｅｍ　Ｒｅｃ８ｉｖｅｄ：２０１０－０５—１９　Ａ０ｃｅｐｔｅｄ：２０１０－０６－０９　南京中医药大学　信息技术学院．江　苏省南京市　２１ＯＯ４６　印志鸿★，女，　１９８０年生，江苏　省泰州市人、汉　族，２００８年南京　工业大学毕业，硕　士，讲师，主要从　事计算机应用的　研究。　ｙｉｎｚｈｉｈｏｎｇ—ｎｊ＠　１２６．ｃｏｍ　中图分类号：Ｒ３１８　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３・８２２５　（２０１０）４３－０８０３６－０４　收稿日期：２０１０．０５．１９　修回日期：２０１０－０６－０９　（２０１００５１９００２／ＷＬ　Ａ）　８０３６　Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＢＡＣＫＧＲＯＵＮＤ：Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｏ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩｉｍａｇｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩ　ＣＴ　ｉｍａｇｅｓ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｐｌａｎ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｏＣＵＳ　ｉｎ　ｍｅｄｉｃａＩ　ｆｉｅｌｄ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｍｅｄｉｃａ１．ＳＵｒｇｉｃａＩ　ｐｌａｎｎｉｎｇ．ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆｉｅｌｄｓ．　０ＢＪＥＣＴｌＶＥ：Ｕｓｉｎｇ　ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩ　ｍｅｄｉｃａＩ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｔｏ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩ　ｍｏｄｅＩ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｖｉｓｕａＩ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌＩ　ｄｅｓｉｇｎ．　ＭＥＴＨＯＤＳ：Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｗａｓ　ｅｘｐｌｏｒｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．ｉｍａｇｅ　ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ，ａｎｄ　ｅａｃｈ　ｍｏｄｕｌｅ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａＩ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．　ＲＥＳＵＬＴＳ　ＡＮＤ　ＣＯＣＬＵＳｌＯＮ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．ＯｐｅｎＧＬ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａ　ｖｉｓｕａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｏｏ１．ａｎｄ　ａ　ＰＣ－ｂａｓｅｄ　ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｅｄｉｃａｌｉｍａｇｅ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　Ｙｉｎ　ＺＨ．Ｚｈａｎｇ　Ｊ．Ｃｏｒｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｚｈｏｎｇｇｕｏ　Ｚｕｚｈｉ　Ｇｏｎｇｃｈｅｎｇ　Ｙａｎｊｉｕ　ｙｕ　Ｌｉｎｃｈｕａｎｇ　Ｋａｎｇｆｕ．２０１０；１４（４３）：８０３６—８０３９．　【ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｃｎ　ｈｔｔｐ：／／ｅｎ　ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ】　摘要　背景：医学影像三维可视化技术将二维断层图像转化为三维图像，有利于提高医疗规划的准确性，是当今医学领域研究的热　点，在诊断医学、手术规划、模拟仿真等领域都有重要的应用。　目的：利用二维医学图像序列重建出三维模型的关键技术，对可视化系统进行总体设计。　方法：首先研究现有三维重建技术，包括预处理技术，图像分割和配准可视化算法。其次给出了系统体系结构设计图，各模　块中应用到各种三维重建关键技术。　结果与结论：根据现有关键技术的研究，选用ＯｐｅｎＧＬ作为可视化开发工具，设计了一种基于ＰＣ机的三维医学图像可视　化系统。　－　关键词：三维可视化：医学图像；ＯｐｅｎＧＬ：关键技术；设计　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７３—８２２５．２０１０．４３．０１５　印志鸿，张季．医学图像三维重建系统的关键技术研究与设计【Ｊ】ｌ中国组织工程研究与临床康复，２０１０，１４（４３）：８０３６－８０３９　【ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｏｒｇ　ｈ￣ｐ：Ｕｃｎ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ】　０引言　医学图像可视化发展到现在，已不单纯局　限于完成一些简单的显示功能。它的技术扩展　到许多领域，尤其是在三维重建、图像配准融　合中。应用范围涉及临床教学、计算机辅助外　科（ＣＡＳ）、放疗计划系统、仿真内窥镜甚至虚　拟现实等ｌ　。它涉及数字图像处理，计算机图　形学以及医学领域的相关知识。　医学影像数字化技术使传统的医学获取和　观察方式被彻底改变，同时也使图像在医学中　变得越来越重要。医学图像可视化在信息科学　和医学科学的最新技术基础上，对人体从细胞　组织到器官结构进行全面的研究，其技术得到　了巨大的推动，临床应用范围不断扩大。　目前，三维重建主要是利用高性能计算机，　如ＳＧＩ图形工作站等实现，其价格昂贵，操作　复杂，不利于普及以及在临床科室使用。而基　于ＰＣ机的医学图像三维可视化可以为临床提　供方便、快捷并有较高性能价格比的辅助诊断　手段，是目前临床迫切需要的。本文将详细介　绍开发基于ＰＣ机的三维医学可视化系统的主　要设计思想。　１三维重建技术　传统上，医生需要对见到的二维ＣＴ，ＭＲＩ　图像通过大脑的想象建立起三维空间的立体结　构，这种方法容易造成病变定位的失真与畸变，　缺乏直观性和准确性。因此，将二维断层图像　转化为三维图像，有利于提高医疗规划的准确　性。所谓医学图像的三维可视化技术就是指利　用一系列的二维切片图像重建三维图像模型并　进行定性、定量分析的技术【ｚｊ。通过三维重建　可以科学、准确地重建出被检物体，克服了传　统方法中的不确定因素。此外，通过对三维图　像的切片重组可以获得任意平面的虚拟切片，　Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ　１２００，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０００４　ｃｎ．ｚｇｌｃｋｆ，

184

内蒙古医学杂志Inner Mongolia Med J 2020年第52卷第2期

DOI: 10.16096/J. cnki. nmgyxzz. 2020.52.02.023

多层螺旋CT

三维重建后处理技术

在骨肿瘤影像诊断中的临床表达意义*

* ［基金项目］河南高等学校重点科研项目（编号：19A320015）付梦盈

（河南省长垣县人民医院放射科，湖南 长垣 453400）

［摘要］目的 探究多层螺旋CT

三维重建后处理技术在骨肿瘤影像诊断中的临床表达意义。方法

选取我院2017

年5

月至2019

年2

月骨肿瘤患者93

例，均行多层螺旋CT

三维重建后处理技术及核磁共振

成像（MRI）,

比较多层螺旋CT

三维重建后处理技术与MRI

在骨肿瘤影像诊断中的诊断结果。结果 以病

理诊断为金标准，检出恶性64

例，其中多层螺旋CT

三维重建后处理技术检出恶性64

例，MRI

检出恶性59

例；多层螺旋CT

三维重建后处理技术诊断准确度（97. 85%）

、灵敏度（98. 44%）

高于MRI（88. 17%

、

87.50%）,

误诊率（3.45%）

低于MRI（10.34%）（P<0.05）o

结论 多层螺旋CT

三维重建后处理技术在骨

肿瘤影像学诊断中可提高诊断准确度、灵敏度，降低漏诊率，有助于为临床治疗提供参考依据，从而及早控制

病情。

［关键词］骨肿瘤；影像诊断；多层螺旋CT；

三维重建后处理

［中图分类号］R783

［文献标识码］B

［论文编号］1004-0951（2020）02-0184-02

骨肿瘤是临床常见骨科疾病，多发于骨髓、骨

骼、血管、神经等部位，分为良性肿瘤、恶性肿瘤，其

中良性肿瘤易控制，及早发现可通过手术根治，预后

较好；恶性肿瘤发展迅速，预后极差，死亡率较

高⑴。骨肿瘤发病率较低，且具有隐匿性,早期症

状不明显，早期诊断易出现漏诊误诊，延误最佳治疗

时机。因此，应尽早对骨肿瘤患者确诊，为临床治疗

提供参考依据。随着医疗器械的不断更新换代，多

年月(下

)图股骨头T图像1.引言

目前,人造骨骼的制造普遍采用快速成型技术

(Rapidprototyping简称RP),快速成型制造技术与医学

相结合,根据医院对病人病变或丧失功能的器官或骨骼

的CT图像数据,利用快速成型技术在较短时间内制造出

与被替代的人体器官或骨骼基本一致的人造器官或骨骼,

使患者在最佳的时机进行手术。而快速成型制造人造骨

骼过程中的关键技术是CT图像的三维重建。

国内外已对CT图像的三维重建进行了大量的研究,

很多学者采用不同的方法对足跖骨、肱骨、头颅、下颌

骨等进行了三维重建。对三维物体的描述方法目前应用

较多的有:体素重建法、表面重建法以及截面重建法等。

这些方法都有各自的优点,但都存在普遍的缺点:这几

种方法大多需要通过软件编程,经过大量数据插值运算

来实现数据处理,比较繁杂;仅可作为三维显示,缺乏

可操作性和可编辑性,难以用来加工制造。

本文研究了一种实体化模型的CT图像的三维重建

方法,这种方法的基本思路是:①提取对象的CT断层图

像,对断层图像进行编辑处理获取对象的边界;②对边

界进行矢量化转换,编辑形成三维建模CAD软件可以接

收的文件格式;③在CAD软件中,经过曲线输入及多断

层截面进行偏移叠加,曲面生成和曲面封闭等步骤,最

终生成对象的实体。其流程图为三维重建流程图

2.CT断层图像的提取

采用CT技术获取断层图像。螺旋CT是以连续移动和

无间隔的扫描为特点,当准值厚度和前进速度相等时,伪

影可以减少到最低限度,可以达到常规高分辨率CT清晰

度相同的高质量图像,这为三维重建时边界的提取及矢

量化奠定了基础。为了能验证本方法的精确度,我们试验

选取五根羊腿骨作为研究对象,并重点研究其股骨头部

分。考虑到股骨头形状的复杂性,试验扫描层间距为

1.3mm,层数为66层,为了保证三维重建中各断层图像

的位置关系,扫描过程必须采用同一定位基准,而且在整

个扫描过程中不能移动扫描对象,使各幅图像保持同一

水平状态。扫描结束可得到股骨头的DICOM文件。通过

２０１２年４月　第２期　城市勘测　Ｕｒｂａｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ＆Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　Ａｐｒ．２０１２　Ｎｏ．２　

文章编号：１６７２－８２６２（２０１２）０２—６０—０５　中图分类号：Ｐ２０８．１　文献标识码：Ａ　

基于ＬｉＤＡＲ数据和航空影像的建筑物三维重建技术研究　

孙华　，余锐，欧阳光辉，李诚　（仙桃市勘测设计院，湖北仙桃４３３０００）　摘要：在我国大力开展数字城市建设的大背景下，精确地获取建筑物特征点的三维空间信息和重建建筑物三维模　型技术是构建城市三维模型的难点和重点，因此在今后相当长的时期内基于融合多源数据的建筑三维重建相关技术　研究将是热门的前沿课题。　关键词：机载ＬｉＤＡＲ系统；建筑物三维重建　

ｌ　引　言　

我国的数字城市建设是全球信息化建设的必然发　

展趋势，是全面提高测绘技术服务于国民基础建设能　

力的重要体现。在此大发展背景下，基于融合多源数　

据的城市三维模型重建相关技术研究成为现阶段最热　

门的前沿课题，而精确地提取建筑物的三维空间信息　

和重建其三维模型是城市三维模型重建相关技术研究　

的难点和重点　。　目前建筑物三维信息的获取方式和三维模型的重　

建手段多种多样，但缺乏融合多源城市空间数据的智　

能化、自动化处理系统。数字城市需要将城市的数字　

地面模型、全要素地形图（１：１　０００）、城市三维模型、　

城市地理信息系统等多源数据自动化融合在一个基础　

空问地理信息系统中。因此，高自动化程度的多源数　

据融合系统成为测绘科研与生产应用部门必须解决的　

首要问题。　

２机载ＬｉＤＡＲ系统的基本原理　

机载ＬｉＤＡＲ系统基本工作原理可以概述为：利用　

安装在飞机下端的激光扫描仪发射激光束，根据精确　记录发射与反射的时间差和激光光速恒定的原理测定　

激光脉冲发射点到建筑物反射激光脚点的斜距ｓ，联　

合与此同步的ＩＭＵ测定飞机的姿态参数（航向角、俯　

仰角和侧滚角）和ＧＰＳ测定飞机的空问直角坐标（Ｘ　，