基于CT图像的个性化人骨三维建模方法

基于CT图像的个性化人骨三维建模方法

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文章编号：1001-3997（2010）09-0262-02

机械设计与制造

MachineryDesign＆Manufacture

第9期2010年9月

基于CT图像的个性化人骨三维建模方法

孙涛高东强

）（陕西科技大学，西安710021

3DReconstructionofMedicalCTImagesinInpidualizedBone

SUNTao，GAODong-qiang

【摘

要】叙述了医学CT图像三维重建的过程与技巧，在此基础上指出了对个性化仿生骨制造的重

（ShaanxiUniversityofScience&Technology，Xi’an710021，China）

要意义，并以成人切牙为例，重建了三维图像逼真、表面光滑，继承原骨形状与尺寸的三维模型，展示了医学CT图像三维重建的关键步骤，为个性化仿生骨的制造打下了一定基础。

关键词：CT；三维重建；个性化；仿生骨

itpointedouttheimportanceofbionicbonemanufacturing.Bytakingadultincisorasanexample，thewhichshowsmodelofadultincisorwithasmoothsurfaceandthesamesizetotheprototypeisobtained，the3Dreconstructionofthekeysteps，andlayafoundationformanufacturingpersonalizedbionicbone.

Keywords：CT；3Dreconstruction；Inpidualized；Bionicbone

【Abstract】ItdescribestheprocessandskillsofmedicalCTimage3Dreconstruction.Onthisbasis，

1前言

计算机断层扫描系统（ComputedTomography，CT）是20世纪人类在放射诊断领域取得的重大突破。CT以奥地利科学家J.Radon提出的Radon变化为理论基础，结合计算机科学和X射线摄影技术等多门学科，创造的一种无损害诊断方法。CT技术在医学取得成功的同时，在工业上使用也越来越广泛，出现了工业CT技术（IndustrialComputedTomography，简称ICT）。它主要利用CT扫描图像信息构建实物三维模型，再进行产品再设计和模型三维模型直接影响仿生骨的质制造等。在个性化仿生骨研究中，

量。文章深讨医学CT人骨图像的建模方法以及关键技术。

2医学CT图像三维建模技术介绍

医学CT图像的三维建模技术主要是指以CT断层图像为基础，综合运用计算机图像处理计算机图形学计算机辅助几何设计等理论，构造人骨的CAD三维模型。这个过程可以分为两大部分：CT图像数据采集和三维重建。如图1所示，CT图像到仿生骨骼系统图。

人体骨骼

CT扫描

CT断层图像

图像处理

矢量轮廓数据

三维重建

CAD三维模型

RP技术

仿生骨骼

2.1图像数据采集

2.1.1格式转换

CT图像目前均已DICOM（Digitalimagingandcommunications

＊来稿日期：2009-11-20

中图分类号：TH16，TP391文献标识码：A

CT断层图像

格

式转式

图像增强

阈值变换

轮矢量轮廓数据廓提取

inMedicine）格式存储，DICOM是美国电气制造协会制定的医学图像存储与通讯的标准格式。要进行图像的处理，一般把DICOM图像转化为BMP位图文件。CT图像数据采集过程，如图2所示。

图2CT图像数据采集过程

2.1.2图像增强

图像增强是采用一系列技术去改善图像的视觉效果或将图人骨仿生中是指像转换成一种更适合人和机器分析处理的形式。

用一定的方法使骨质部分的图像增强，使软组织和骨质对比度更加明显。图像的增强是用图像平滑处理来实现。平滑技术可分为两类：基于图像域（或空间域）的方法和基于变换域（或频域）的方法。常用的图像平滑方法主要有均值滤波、中值滤波和噪声模糊。

2.1.3阈值变化

阈值变化主要是为了使研究对象与背影区分明显，也就是对图像进行二值化处理。二值化处理是将产品截面灰度值和属于背影的灰度值用一个阈值分离出来，这属于单阈值分割。还有多阈值分割，是将图像分割成多个目标区域和背影。灰度值大于或等于某阈值的像素被判断为背影。一般过程是先利用灰度直方图定义一个阈值，如果图像中某像素的灰度值小于该阈值，则将该像素设置为0，反之灰度值设置为255。可以依据灰度直方图来确定阈值，阈值应位于两峰值之间。灰度直方图是灰度值出现频率的函数，是描述图像中具有该灰度值的像素个数。

图1人体骨骼到仿生骨骼系统图

2.1.4轮廓提取

提取图像矢量轮廓数据是点阵图形的矢量化，目的是沿着图

基于CT图像的个性化人骨三维建模方法

第9期孙涛等：基于CT图像的个性化人骨三维建模方法263

像的边界进行搜索，并将搜索到的轮廓线上的点坐标记录在点列中存储。边缘检测是对图像的边缘进行处理获得闭合平滑的边缘信息。具体方法就是利用边缘检测算子进行图像边缘检测。经典的边缘检测方法有Sobel算子、roberts梯度算子、Kirsch算子、根据资料知各种领域对曲面的要求，如表1所示。将修测和修改。

UG等造型软件中进行实体化造型。改好的曲面导入到Pro/E、

表1不同领域对曲面的要求

使用领域

曲面要求

Prewitt算子、拉普拉斯LOG算子等。

2.2三维重构

断层图像三维重建就是从一系列的平行截面图像中恢复被重建对象原有的三维形貌，其主要步骤是：首先从各个截面图像中分割出感兴趣区的轮廓曲线，然后由这些轮廓曲线通过算法来构造出原有的三维形貌。医学图像三维重建方法大致可分为两种：

表面绘制方法通过断层间轮廓线拟合表面；体绘制方法直接从三维数据生成等值面。这里主要论述表面绘制方法进行医学图像三维重建，如图3所示。

矢量轮廓数据

曲

曲曲曲

线线面面CAD三维模型重调生实建

整

成

体

化

图3三维重建系统图

2.2.1曲线重建

图像数据采集得到的轮廓曲线一般都不太平滑，存在冗线和杂点。通常处理的方法：将得到的dxf文件导入到AUTOCAD后，删除冗线和杂点，再用样条曲线进行拟合。或者导入到Rhinoceros或着imageware软件，利用内插法或近似法进行曲线拟合，完成曲线光滑处理。通过对比，在AUTOCAD中删除冗点和杂点，在Rhinoceros或者imageware软件中进行曲线拟合，处理的效果较好。值得注意的，推荐曲线按内插法进行拟合；每条轮廓曲线的控制点必须相同，一般建议曲线为3阶或4阶。这样可以保证曲面的质量。

2.2.2曲线调整

轮廓曲线只存储相应断层的二维信息，纵向位置没有标定，默认纵向坐标为0。当将这些轮廓曲线导入到曲面造型软件时，都在一个层厚上。

在进行造型以前，必须对轮廓曲线的位置（仅指纵向，其它不变）进行调整，每层间距应是扫描的层厚。

2.2.3曲面生成

这x三维显示技术，首先是从体数据中抽取一系列相关表面并用多边形拟合近似后，再通过传统的图形学算法显示出来，而表面的提取通常是通过门限设定。必要时结合手工描绘完成的。表面绘制法的算法多种多样，最常用的表面绘制算法大致可以分为两类：一类是以三角形剖分为基础的线性插值算法，该类算法的关键是从巨大数量的三角形中找出最能代表物体表面的三角形；另一类算法是非线性插值算法，它运用了非线性插值技术对物体相邻截面轮廓之间 …… 此处隐藏：3117字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……