中国组织工程研究

中国组织工程研究 ›› 2016, Vol. 20 ›› Issue (39): 5846-5851.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.39.011

• 数字化骨科 digital orthopedics • 上一篇    下一篇

利用数字几何技术重建个性化骨骼模型

陈 中1，邢跃刚2，罗绍华1   

  1. 1淮阴工学院江苏省先进制造重点实验室，江苏省淮安市 223003；2淮安市淮阴医院骨科，江苏省淮安市 223300
  • 修回日期:2016-07-08 出版日期:2016-09-23 发布日期:2016-09-23
  • 作者简介:陈中，男，1982年生，江苏省淮安市人，汉族，2013年重庆大学毕业，博士，讲师，主要从事逆向工程，生物制造技术研究。
  • 基金资助:

    江苏省高校自然科学研究面上项目(14KJB460002)；淮安市科技计划项目(HAG2015032)；江苏省先进制造重点实验室开放课题(HGDML-1204)

Reconstruction for patient-specific bone model based on digital geometry processing technique

Chen Zhong1, Xing Yue-gang2, Luo Shao-hua1   

  1. 1Jiangsu Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology, Huaiyin Institute of Technology, Huaian 223003, Jiangsu Province, China; 2Department of Orthodontics Surgery, Huaiyin Hospital of Huaian City, Huaian 223300, Jiangsu Province, China
  • Revised:2016-07-08 Online:2016-09-23 Published:2016-09-23
  • About author:Chen Zhong, Ph.D., Lecturer, Jiangsu Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology, Huaiyin Institute of Technology, Huaian 223003, Jiangsu Province, China
  • Supported by:

    the Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions, No. 14KJB460002; the Huaian Scientific and Technological Key Project, No. HAG2015032; the Jiangsu Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology, No. HGDML-1204

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摘要：

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文题释义：
三维建模：是通过离散数据场构造目标对象的几何表达方式来实现。在医学三维建模领域主要分为体素重建和网格重建。体素重建是以体素集合来表达目标对象，能够显示对象的外部和内部形状信息，主要分为光线投射法、错切变形法、抛雪球法，可用于组织器官的可视化观测。网格重建主要分为基于等值面的网格重建、基于点云的网格重建，基于断层轮廓线的网格重建，可用于后续的有限元分析和3D打印。其中点云网格重建分为基于Delaunay三角剖分重建、基于隐式曲面的重建、基于区域扩张的重建。实验结果表明，基于隐式曲面的重建方法可以在生成高质量网格的同时去除阶梯状伪影。
网格重建：通过查询采样点云之间的拓扑连接关系，使其逼近原始曲面，并重建各点之间相互连接拓扑关系的三角网格模型。
 
摘要
背景：由于医学CT体数据存在各向异性的特点，导致CT序列图像重建网格模型时产生阶梯表面，从而影响后续的医学诊断。
目的：利用数字几何处理技术重建个性化骨骼模型。
方法：首先基于互信息的图像配准算法对骨骼CT序列图像进行配准，接着使用图像分割提取骨骼轮廓集并转化为三维点云，然后使用高斯加权的主成分分析方法估算点云法向量并对点云进行三边滤波去噪，最后对点云进行自适应圆球覆盖及网格化处理，完成个性化骨骼模型重建。
结果与结论：文章所提的方法可以生成光顺的个性化骨骼表面网格模型，所形成的三角网格形状规则且自适应分布，可以为计算机辅助制造、有限元分析及3D打印提供准确的三维模型。

ORCID:0000-0002-4347-4711(陈中)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨科植入物, 数字化骨科, CT, 阶梯表面, 网格光顺, 图像配准, 图像分割, 点云, 自适应网格

Abstract:

BACKGROUND: Due to anisotropic CT volume data, triangular meshes extracted from bone CT images often contain staircase surface, which will affect the subsequent medical diagnosis.

OBJECTIVE: To reconstruct patient-specific bone model based on digital geometry processing technique.
METHODS: Firstly, registration was performed in image registration algorithm based on mutual information for bone CT slices, and then contours were extracted by image segmentation and a stack of contours were converted into point clouds. The normals of point clouds were estimated based on Gaussian weighted principal component analysis and the noise from point clouds was removed by trilateral filtering. Finally, bone triangular meshes were constructed by adaptive spherical cover.
RESULTS AND CONCLUSION: In this paper, the proposed method could generate smoothing bone surface meshes, triangular mesh shape which was formed by the rules and adaptive distribution, for finite element analysis, computer aided manufacturing and three-dimensional printing to provide accurate three-dimensional models.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Image Processing, Computer-Assisted, Computer-Aided Design, Tomography, X-Ray, Tissue Engineering

中图分类号: