下颌骨体三维图像重建

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27 卷 第

4 期

2006 年

7 月 武汉大学学报 (

医学版)

Medical J o ur nal of Wuha n U niver sit y Vol . 27 No . 4

J ul , 2006

下颌骨体三维图像重建

吕晓春1

程祥荣2

1

武汉大学人民医院口腔科

2

武汉大学口腔医院修复科 王贻宁2

武汉

430060

武汉

430079

摘要 目的

:重建下颌骨体的三维图像

,对牙种植术前诊断有重要意义 。方法

:以带有牙齿和牙槽窝的下颌骨为

实验模型

,应用

C T 实施层厚

2 mm ,层距

l mm 的薄层连续

C TM 扫描 。将二维

C T 图像经

VX3000 扫描仪扫描并输入

计算机

,通过配准等技术进行三维图像重建的实验研究 。结果

:重建的下颌骨及牙齿三维图像重建逼真

,既能精确显

示其三维空间结构和形态

,亦能沿

X、

Y、

Z 轴完成连续旋转变换 。结论

:由二维

C T 图像重建的三维图像所表达的视

觉效果

,可在解剖学 、影像学和临床医学领域发挥重要作用

,为牙种植术前诊断软件的开发奠定理论基础 。

关键词 下颌骨

;计算机

;断层摄影术

;三维图像

中图分类号

T P391 . 41 文献标识码

A 文章编号

16712

8852 (

2006)

042

04892

03

Three Dimensional Reconstruct ion of Mandibular Body

L Β

Xiaochun1

, C HENG Xiangrong2

, WANG Yin ing2

1

D e p t

. o f S t om a

t ol o g y , R e n m i n H os p i t al o f W u h a n

U ni v e rs i t y , W u h a n 4

30

06

0 , C hi n a

2

D e p t. o f P ros t ho d ont i cs , S c hool o f S t om at ol o g y , W u h a n U ni v e rs i t y , W u h a n 430 07 9 , C hi n a

Abstract

Objective : To reco nst ruct t he t hree2

dimensio nal images of mandibular body in co mp uter in o rder to

meet t he needs of st udies o n t he p reparatio n of dental implant . Methods : The mandible wit h a few teet h

and alveolar socket s was used as o ne part of t he experimental model and scanned wit h 2 mm t hick C TM

scanning f ro m upper edge of mandibular bo dy to it s botto m wit h an interval of 1 mm. The serial two2

di2

mensio nal C T p hotograp hical pict ures were o btained by V X3000 scanner and inp utted into co mp uter.

The t hree2

dimensio nal images were reco nst ructed wit h so me special technology such as matching.

Results : The experimental result s showed t hat t he t hree2

dimensio nal images of reco nst ructed mandibular

body wit h several teet h in it were lifelike. These images co uld not o nly reveal t heir t hree2

dimensio nal

st ruct ure and morp hology , but al so revolve alo ng X , Y and Z axis co ntinuo usly. Concl usion : The re2

co n st r uctio n of t hree2

di me n sio nal i ma ge s f ro m t wo2

di me n sio nal pict ure s ca n p lay a n i mpo rt a nt

role i n t he fiel ds of a nato my , i ma ge a nal ysi s a nd cli nical medici ne , a nd lay s do w n t he t heo retical

fo undatio n fo r creati ng sof t wa re fo r p rep a ratio n of de nt al i mp la nt atio n .

Key Words Ma ndi ble ; Co mp ut er ; To mo grap hy ; Three2

di me n sio nal Ima ge

所谓医学图像的三维重建和显示指的是

: 将一

组连续断层图像输入计算机

,经图像处理与图形学

处理后

,在二维屏幕上显示出脏器的三维结构 。这 就能更加真实 、形象地再现人体内部各组织的空间

结构

,给诊断 、手术计划的制定 、生理参数测量 、解剖

结构研究和外科整形等提供有效的信息 。

为“

T IF F”文件

,再将其转化为“

V Z”文件 (

V IR TU O2

ZO) (图

1A) ,经图数转化 、边缘提取 、边缘平滑 、仿 1 材料与方法

1 . 1 系统组成

1 . 1 . 1 硬件

586 微机

, 主频

233 M Hz , 硬盘

5 G。

V X3000 扫 描 仪

( Ve xcel 公 司

, 美 国

) , 岛 津

SC T2

5000 T X C T 机

(岛津公司

,日本

) 。

1 . 1 . 2 软件 应用

C + + 语言 。

1 . 2 研究的技术和路线

1 . 2 . 1 实验资料 选一牙槽嵴正常的带有部分牙

齿的下颌骨

,在其上任选

5 处

,用

502 胶水将牙胶粘

固其上

,作为标记点 。用

502 胶水将下颌骨粘固于硬

纸壳上

,再将硬纸壳粘固于有机玻璃制作的架子上 。

此架是用几何平行法制作

,其上左右各有

3 条互相平

行的毛细吸管 。将

6 根 毛 细 吸 管 灌 注

30 %泛 影 葡

,用岛津

SC T2

5000 T X C T 机作平行于牙合 面方向

的扫描

,层厚为

2 mm ,重叠

1 mm ,先侧方定位

,确定

要扫描的总层数

,再扫描

,共得

32 张扫描图片 。

1 . 2 . 2 测量 用精确至

0 . 01 mm 的游标卡尺测得

量模型数据 。 射变换 、内插处理后

,得到三维显示图像

,并能绕

X 、

Y、

Z 轴立体旋转 。

2 结果

2 . 1 每张

C T 片经高斯2拉普拉期 (

L O G) 算子得到

边缘提取后的图像

(如图

1B) 。

2 . 2 每张边缘提取出的图像经多点平均法得到边

缘圆滑的图像 (如图

1C) 。

2 . 3 用内插方法得到每两层图像间的内插图像 (如

1D) 。

2 . 4 将所有经

1 、

2 处理后的

C T 图像及其内插图

像按

6 点叠加并用

Op e n GL 设透明度的方法得到三

维立体图 (如图

1 E) 。

2 . 5 将三维立体图用

Op e n GL 中的

g1 Ro t at ef (

a n2

gle ,x ,y ,z ,) 函数使三维立体图能进行绕

X , Y , Z 轴

的旋转 。绕

X 轴旋转图 ( 如图

1 F)

; 绕

Y 轴旋转图

(如图

1 G)

; 绕

Z 轴旋转图 (如图

1 I) 。

1 . 2 . 3 用

V X3000 扫描仪将

C T 图像扫描并转化

1 下颌骨三维图像重建

Fig. 1 Three dimension recon2

struction of mandi2

bular body

1 A

1 C

1 E

1 G A n exa mple of V Z files’

i mage s

A n exa mple of i mage s af t er smoot hi ng edge

A n exa mple of reco nst r uct ed t hree2

di mensio nal i mage s 1B

1D

1 F A n exa mple of i mage s af t er ext racti ng edge

A n exa mple of i nsert ed i mage s

A n exa mple of t hree2

di men sio nal i mages revol vi ng a ro und X axi s

A n exa mple of t hree2

di men sio nal i mage s revol vi ng a ro und Y a xi s

1 I A n exa mple of t hree2

di mensio nal i mage s revol vi ng a ro und Z a xi s

本研究通过将一系列下颌骨体的二维

C T 扫描

图像按配准和

Op e n GL 方法精确完成了三维图像重

建 (见图

1 E) 。立 体图 像可 按 设定 方式

, 沿

X 、

Y、

Z

轴连续旋转变换

,画面始终保持时刻变换的不同角

度的三维 图 形

, 提 供 下 颌 骨 形 状 变 化 的 选 择 观 察 。

重建的立体图像运用仿射变换在理论上可以达到尺

寸上与实物尺寸等大

,并按比例缩小 。 3 讨论

下颌骨三维重建软件由

C T 片扫描转化为数字

→边缘提取 →边缘平滑 →配准或仿射变换 →内插 →

三维显示 →立体旋转组成 。

3 . 1 一系列连续

C T 片的摄制 目前

,国内各医院

均使用的是进口

C T 机

, C T 扫描数据不能取出

, 也