面向快速原型制造的医学图像三维重建系统研究

论文摘要

快速原型制造技术（Rapid Prototyping and Manufacturing, RP&M）)是八十年代后期发展起来的,集新型材料科学、计算机辅助设计、数控技术、激光技术等为一体的综合技术,它具有的快速性、准确性及擅长制作复杂形状实体的特性使它在生物医学工程领域中有着广泛的应用前景。计算机断层成像（Computed Tomography,CT ）技术一直是人们检查骨骼损坏、病变和更换的有力手段。如何将这两种技术有机地结合起来,快速、准确地制造出人工骨模型及替代物,是长期以来大家所关注的问题。本文围绕这一问题,重点研究了基于医学CT图像的三维重建技术。医学图像三维重建是实现快速成型的关键技术之一,根据CT图像的二维信息,通过图像分割、二值化处理,提取感兴趣的区域,重建出三维表面模型,然后将其转化为快速成型系统可以接受的标准数据格式,才能制造出三维实体模型。医学图像三维表面重建的主要研究内容包括医学图像的读取;医学图像的预处理,如滤波、增强、插值等;组织或器官的分割与提取;表面模型的三维重建等。本文以BMP格式作为CT图像的输入格式,相应地开发了医学图像的读取模块,并对输入的图像进行了滤波和插值处理。正确的分割是保证重建模型准确表达组织或器官的前提。针对CT图像的特点,本文采用基于灰度直方图的交互性阈值分割方法。在表面模型的三维重建中,详细分析了Marching Cube算法的基本原理以及该算法存在的二义性问题并提出了一种解决方案。最后,本文运用面向对象编程思想和MVC（Model-View-Controller）设计模式,在VC++6.0环境下开发了一个应用于人工骨制造的医学图像三维重建系统。该系统实现了医学图像的输入,预处理,分割与插值,体数据的存储,等值面抽取以及快速成型加工系统标准输入文件（STL格式文件）的生成等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 医学图像三维重建与可视化技术
• 1.3.1 医学图像三维重建绘制技术
• 1.3.2 医学图像三维重建流程
• 1.3.3 三维重建算法的加速技术
• 1.3.4 三维模型的显示
• 1.4 快速成型在医疗领域中的应用
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 医学图像预处理与分割
• 2.1 引言
• 2.2 医学图像的获取与输入
• 2.3 医学图像的预处理
• 2.3.1 图像滤波
• 2.3.2 断层图像间插值
• 2.3.3 三维规则体数据封装
• 2.4 图像分割
• 2.4.1 医学图像分割方法
• 2.4.2 阈值分割
• 2.5 小结
• 第三章 基于规则体数据的三维表面模型的构建
• 3.1 引言
• 3.2 体素模型与等值面定义
• 3.2.1 体素模型
• 3.2.2 等值面定义
• 3.3 基于移动立方体算法抽取等值面
• 3.3.1 MC 算法的基本原理
• 3.3.2 MC 算法存在的问题
• 3.3.3 MC 算法的重建结果
• 3.4 小结
• 第四章 三维重建系统的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 系统模块划分与程序流程
• 4.2.1 模块划分
• 4.2.2 系统程序流程
• 4.3 系统设计思想与架构
• 4.4 系统的开发环境与界面
• 4.5 小结
• 第五章 医学三维实体模型的快速成型制造
• 5.1 引言
• 5.2 STL 文件的生成
• 5.2.1 STL 文件简介
• 5.2.2 STL 文件的规则
• 5.3 快速成型工艺与材料的选择
• 5.3.1 快速成型工艺的选择
• 5.3.2 快速成型材料的选择
• 5.4 重建模型的快速成型制造
• 5.4.1 SLS 快速成型
• 5.4.2 TDP 快速成型
• 5.4.3 结果分析与对比
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢