医学图像处理教学教材

科学研究内容
1.牙种植计算机辅助系统架构 牙种植计算机辅助系统由两大模块构成：牙种植计算机辅助设计
（CAD）模块；牙种植计算机辅助制作（CAM）模块。
2.基于拟合样条曲线的任意方向虚拟切片提取算法研究 在三维模型中的任意方向的切割技术是为了通过虚拟手术操作提供的
更加精确的定位，全方位，多角度进行观察诊断的需求，具有虚拟手术 刀的作用。
历史悠久，技术垄断，缺陷
国内：
国内对医学体数据场可视化研究及应用开发起步较晚，始于上个世纪90年代 初，水平相比国外还有一定差距。目前，浙江大学、清华大学、东南大学、西 北大学、中科院自动化所等均做了大量研究，开发了一些实验系统。
如2004年中科院自动化所开发的3DMED系统，浙江大学CAD&CG国家重 点实验室开发的“通用交互可视化环境”，第三军医大学“可视人”数据及 “可视人系统”的研究等。
交互切割及切片序列的提取
在拟合的样条曲线上选择某一点的坐标，以该坐标为中心获取该点周 种植体 围的多张切片序列。针对Cardinal曲线的特征，作采用微分法设计 。
3.种植体的可视化交互定位技术研究
种植体设计和生成框架图 种植体设计路线分成2个步骤：
(1) 测量： 首先涉及确定切片的缩放比例。同时通过点间距离测量操作在 显示的切片上丈量种植体初始化的长度，大小等基本参数。 （2）动态调整：根据已有的参数创建初始化的种植体，并置于三维图像中， 通过旋转，拉伸等操作使种植体放置在理想位置，同时在不断的调整，响 应，实时显示中，逐步获取实际需要的效果。
3.种植体的可视化交互定位技术研究 在重建的三维模型内对种植体进行移动，拉伸，缩放，旋转以及直
线或曲线测量，任意拾取点等操作，可以更为高效地准确地对种植体进 行设计，预览效果，并获取了相关模型参数，还提出了针对种植体的自 适应调整算法。
4.目标区域的增厚处理和导板生成技术研究 手术导板作为最终信息载体（结构，导向孔，厚度），将牙种植手术
研究意义
技术意义：
图像分割和识别技术，三维可视化重建和交互技术，高精度影像技术的研 究与发展，能够为人类的生产活动提供更加精确，可靠，丰富的信息，为人类 带来巨大的经济和社会效益，目前已成为生物学、医学甚至社会科学等领域中 各学科学习和研究的对象 。
当前种植手术对手术导板提出要求：
精确，安全，可靠，术前虚拟，减少手术操作难度
国内种植市场的广泛需求：
最近的统计指出全国有2.5亿缺牙患者 ,且每年以5%的速度递增 ； 随着中国经济的高速发展，人民的生活水平日益提高，对高品质的 生活质量的追求必然待用国人口腔保健意识的增强和口腔保健市场 的繁荣。
国内外研究/技术发展现状和趋势
国外：
1987年，Edge首次应用模板辅助牙种植体的植入 。 1993年，SimPlant 软件：在Windows界面下完成牙种植术前设计 。 2000年，Nobel-Guide软件：制作出个体化外科模板 。 SurgCase：提供三维数据 ，制造个体化的种植体外科导板 。
国内的特殊情况
国外商业软件，应用于个体化手术设计和导板制作的成本太高，并且 长期处于依赖进口产品和技术的不利局面。
进入我国医疗市场的价格过于昂贵，超过其实际的价值：如单个定位 导向模板的制造的费用高达6000元（尚不包括临床医生完成手术规划的 劳务费用），而常规种植手术的全部费用为10000元人民币左右（单颗种 植牙，包括材料和手术费用），我国的口腔种植医疗市场普遍难以接受。
技术路线
1.搭建牙种植计算机辅助系统架构 系统的控制流程描述：通过高精度的螺旋CT获取CT图片和进行必要的图像预 处理，采用加速三维重建技术构建三维模体，根据用户选择针对模型进行各种 交互性切割，对不同切割角度的图片观察和测量计算基础上，定位虚拟种植体 的方位，尺寸，然后对种植体周围的目标区域进行分割处理，最后对目标区域 三维重建，得到种植体手术导板。
基于数字图像技术的牙种植导板设计 算法研究
报告人 ：侯光辉 指导老师 ：唐平教授
题目：基于数字图像技术的牙种植导 板设计算法研究
定位： 数字图像处理技术（区别于石膏手工制造 ，空气压膜机制造 ）
牙种植：将人工材料 制成的种植体植 入缺牙区的牙槽骨中，作为人 工牙根，以此为基础修复失牙 。
导板： 即种植体的手术导向模板。 通过导向孔的深度和方向,形状 保证种植手术的安全，可靠。
九视图
切片
关键点：确定种植体位置，方向，尺寸
比例设定
点间距离测量
观察调整
种植体形状大小设定
生成
种植体
保存参数/模型
植入
带种植体的模型
2.基于拟合样条曲线的任意方向虚拟切片提取算法研究 拟合样条曲线： 根据自定义数量的控制点研究拟合光滑的可灵活控制的样条曲线 。在
生成曲线通过鼠标拖动控制点以拉伸曲线或拖动曲线到平面上的任意的位置。 由于Cardinal样条插值可以在少量的手工描绘点间产生大量的点，既保
持了牙槽骨弓弧线的大致形状特征，同时让其过渡比较平缓，是三次Hermite 曲线的，使牙槽骨弓弧线具有自然光滑的特点，因此本课题探讨采用Cardinal 样条曲线构建算法来实现该功能。
研究开发目标
利用计算机图形图像学中的图像增强，图像分割，可视化三维建
模、三维空间交互操作，开发一套完整的拥有主知识产权的牙 种植计算机辅助系统，实现牙种植术前骨量及骨形态的全面分析、
个体化手术设计、手术导板及修复模板的制作、手术模拟和预测、即 刻修复及即刻种植等功能，并为这种方法应用于颅颌面种植及全身其 他部位假体修复提供研究方向和思路。
的设计思想通过术中模板的准确与精确定位和引导赋予实现。
研究方法
本课题选用基于OpenGL的，可用于三维计算机图形学、科学计算可视 化、图像处理的三维可视化工具VTK以及MFC开发框架以搭建研究平台。
运用图像增强，图像分割，图像识别等图像处理技术设计种植体手术导 板，结合软件或硬件的技术优势提升系统性能（可视化交互，三维重建）， 通过控制点拟合样条曲线对三维模型进行多角度自由灵活地切割处理，探讨 优良的曲线,曲面拟合算法对图像的关键区域进行边缘提取并重建三维手术导 板。