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基于人体大脑实体切片的三维重建及定量分析研究研究生李彩霞数字化人体是现代医学、现代物理学、制造技术和计算机技术的交叉产物,是世纪人类科学技术研究的热点技术之一。早在年美国国家图书馆岢隽恕翱墒尤思苹年先后发布了一男一女两组解剖数据集,包括、惚颓衅枷瘛月和月广州第一军医大学和重庆第三军医大学分别完成了中国女子和男子的人体实体切片采集工作。在获得数据集的基础上,各国均开展了数字化人体的研究工作。数字化人体是真实人体解剖学参数的数字化过程,是真实人体的映射,是制造仿真人体模型的技术基础。数字化人体技术在医学的诊断和治疗、人机工程、手术模拟等技术领域发挥了越来越大的作用。论文以中国首例男子解剖数据集为基础,对人体的大脑三维重建,并对其形状、大小体积及表面积进行定量化的分析,为医生确定肿瘤的物理属性和治疗方案提供理论依据。根据大脑数字图像的特征完成目标像素的提取和三维重建。对序列切片图像进行预处理,包括色彩校准,配准、滤波等;针对大脑实体切片图像形态复杂,周围邻近器官组织较多的特点,以大脑作为目标,其余的组织器官作为背景,根据大脑边缘颜色与背景颜色的差异,采取模糊聚类原理和手工分割相结合的方法进行目标图像的分割和提取;采用数学形态学的方法提取目标图像的边缘轮廓;选择三维曲面处理软件为工具生成了点云,进而实现大脑三维模型的可视化。在三维重建的基础上,建立对大脑定量分析的数学模型。采用适当的阀值将原始图像中放置的标尺转化成二值图像,计算标尺像素的总数目,建立标尺像素与实物大小之间的比例关系;通过计算目标图像所包含的像素得到目标图机械电子工程专业指导教师樊庆文琕旰四川大学硕士学位论丈..。
璺』查兰塑主兰竺丝塞像切片面积的计算公式;根据积分叠加原理将切片迭加得到大脑器官的体积和为验证三维重建方法和定量分析数学模型的正确性,将人体头部的仿真等效模型在机上进行断层扫描,获得序列图像。人体头部的仿真等效模型中的大脑器官的形状、体积和平面尺寸是已知的。利用论文提供的原理和方法对仿生人体的大脑器官进行重建,并进行定量分析。将分析结果与人体头部的仿真等效模型的真实值比较。实验证明,论文提出的基于数字图片的三维重建和人体器官的定量分析方法是正确的,是数字化人体研究的有益探索,具有重要的理论和实践意义。分析了实验中误差的来源、组成以及对体积计算的影响,数字图像大脑器官三维重建定量分析数字化人体表面积。并提出了减小误差的措施。关键词:Ⅱ
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髀课题来源及意义本课题系四川大学人机工程与环境省重点实验室与北京通用公司的合作项目“模拟脑部出血模型”的一部分。主要研究基于人体实体切片的图像预处理、三维重建、定量化分析及误差分析等的理论与方法,为医生判断肿瘤的物理属性、确定治疗方案、进行手术模拟提供依据,为制造医学实验教学模型和等效力学模型提供理论基础。数字化可视人体的研究在与人体形态结构有关的多个学科领域,如医学、运动学、汽车安全、人体器官结构代用品制造、影视与广告制作、航空与航天、军事等领域都具有重要理论意义和应用价值。在医学领域,数字化可视人体的。应用大致包括以下几个方面:适应数字化时代需要的“数字化人体解剖学”;为现代临床影像诊断提供正确参照系统;建立数字化标准人体器官;放疗模拟定位系统研究;临床介入诊断和介入治疗针对性模拟系统研究;虚拟外科手术系统的研究等“,。根据人体实体切片重建的三维模型能够以多种形式、多种彩色显示器官的形态结构和空间位置关系;可以进行三维空间的立体缩放和任意角度旋转来对目标进行全方位的观察,实现大脑的三维可视化;可以为器官设置颜色和透明度,提高器官与其他邻近器官的差异性,区分各器官的结构和位置。模拟的头部出血模型可以用于研究大脑出血的各种形态,包括位置关系、面积、体积等,‘、为医生的诊断治疗方案提供参考依据:可以帮助临床医生理解和辨认各断面上、大脑内的精细结构;可以在重建的大脑模型上模拟肿瘤等占位性病变,以便确定肿瘤在人脑中的位置,以及它与邻近重要结构之间的空间关系。在定量分析方面,测量器官体积在临床上具有重要的意义。在对一些疾病的诊断中,如颞叶癫痫恼锒希ü饬糠治稣5暮B斫峁琀⑾郑颂逵也嗟暮B斫峁勾笥谧蟛啵正常的海马结构与年龄性别无关。可以通过对海马结构的核磁共振图像进行分析,患侧海马结构的体积显著小于对侧或对照组的体积,发现海马结构的萎缩,从而为颞叶癫痫病的研究提供依据嘲。