摘 要：應(yīng)用腹部CT的掃描圖像，通過Mimics軟件直接導(dǎo)入DICOM格式CT斷層掃描圖像，利用Mimics軟件對掃描數(shù)據(jù)的三維重建功能，通過閾值界定、區(qū)域生長以及空洞處理等操作建立了完整的人體腎臟組織的3D模型。三維建模的結(jié)果表明Mimics軟件能完整重現(xiàn)了人體腎臟的復(fù)雜形態(tài)，并且提高了建模效率，能夠?yàn)榕R床醫(yī)生進(jìn)行精確的診斷和治療提供了幫助。

關(guān)鍵詞：CT圖像；腎臟；Mimics軟件；三維重建

中圖分類號：TP391.41

醫(yī)學(xué)圖像的三維成像技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，把由多排螺旋CT獲取的斷層圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，獲得原來器官的三維重建圖像。利用人機(jī)交互的方式，在計(jì)算機(jī)的屏幕上可以模擬臨床的外科手術(shù)，完成手術(shù)的解剖和仿真等。醫(yī)學(xué)圖像的三維建模有利于醫(yī)生對病灶的性質(zhì)以及與周圍組織三維結(jié)構(gòu)關(guān)系有精確的認(rèn)識，能夠?yàn)獒t(yī)生做出準(zhǔn)確的診斷和制定合理的手術(shù)方案提供保障[1]。

Mimics軟件是由比利時(shí)Materialise公司開發(fā)的醫(yī)學(xué)圖像的三維模型重建軟件，它是一個(gè)交互式的醫(yī)學(xué)圖像控制系。Mimics由RP Slice、STL+、MedCAD、Simulation和FEA 5個(gè)模塊組成[2]，能夠?qū)T、MRI圖像和三維渲染對象進(jìn)行可視化，它可以將二維斷層序列圖像如CT圖像、MRI圖像等利用自身的三維重建功能來建立3D模型并可以進(jìn)行編輯處理，結(jié)果輸出CAD、FEA和RP等通用的文件格式。通過Mimics建立的三維重建模型可以使人們在虛擬的三維空間上對人體中感興趣的對象進(jìn)行放大、旋轉(zhuǎn)和平移，從而近距離地觀察人體內(nèi)部復(fù)雜的空間關(guān)系，從而為提高醫(yī)療診斷水平和治療規(guī)劃的準(zhǔn)確性與科學(xué)性打下基礎(chǔ)。本文以多排螺旋CT掃描圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，應(yīng)用Mimics 10.01軟件的三維重建功能詳細(xì)介紹了醫(yī)學(xué)圖像的三維模型的重建方法，并以此為依據(jù)建立了較為精確的人體腎臟組織的三維模型。

1 建立腎臟組織的三維模型

1.1 材料及方法。（1）計(jì)算機(jī)硬件：Tntel（R）Core（Tm）i5-3570 CPU@3.40GHz，32G 內(nèi)存，500G硬盤；（2）應(yīng)用軟件：Mimics10.01；（3）掃描對象：從吉林醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院影像科，應(yīng)用6排螺旋CT機(jī)對健康志愿者的腹腔進(jìn)行掃描。掃描范圍包含完整的腎臟圖像，共獲得斷層圖像序列85張，以Dicom3.0標(biāo)準(zhǔn)刻盤保存，獲得腎臟CT的 Dicom格式數(shù)據(jù)集。

1.2 CT圖像的識別定位。將獲得腎臟的CT掃描圖像以DICOM格式存儲并導(dǎo)入到Mimics軟件中，在軟件界面的右側(cè)區(qū)域?qū)氲氖窃嫉腃T斷層掃描圖像，界面左側(cè)上半部是由原始CT斷層圖像生成的冠狀面圖像，左側(cè)下部是根據(jù)右側(cè)原始CT圖像所生成的矢狀面圖像。可以通過設(shè)置圖像的方向來進(jìn)行定位，再設(shè)置相應(yīng)視圖的方向。視圖方向設(shè)置完成后，在Mimics軟件中生成三個(gè)不同的視圖以及三維模型的顯示區(qū)域（右下方區(qū)域），如圖1所示.

1.3 圖像閾值的界定。在CT斷層圖像中，由于不同的組織的密度不同，因此對應(yīng)的灰度值不同。在提取相應(yīng)組織結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過設(shè)置較為準(zhǔn)確的閾值來對不同組織進(jìn)行區(qū)分，因此閾值設(shè)定是否準(zhǔn)確是提取組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，閾值設(shè)置的過高或過低都有可能出現(xiàn)組織丟失或者噪點(diǎn)過多等情況，因此需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)組織的閾值范圍。Mimics軟件將閾值范圍內(nèi)的像素放入蒙罩中，通過修改蒙罩可添加或刪除相應(yīng)的組織。通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)，本文定義的灰度范-21—51HU，此閾值可使得大部分腎臟組織通過熱區(qū)選取出來。

1.4 區(qū)域生長。區(qū)域生長是將類型相似的像素集合起來進(jìn)行三維建模，通過區(qū)域增長，可以幫助自動分割與所感興趣的部位不相連的區(qū)域，從而將需要建立三維模型的熱區(qū)分離出來。通過區(qū)域生長可以將腎臟同其他部位分離，排除干擾因素和噪聲，后續(xù)的操作只需在分隔所得的部位中進(jìn)行即可。

1.5 空洞處理。在CT掃描的過程中，噪聲是無法避免的，有可能使腎臟組織的信息丟失，這樣就會形成空洞。因此需要將每一張CT圖片中有空洞的地方進(jìn)行填補(bǔ)使其完整，使得模型更加平滑。填補(bǔ)空洞后會更加接近實(shí)際的計(jì)算結(jié)果，所以對于空洞的處理是建模前的一個(gè)必要的過程。如圖3所示，藍(lán)色區(qū)域即為經(jīng)過區(qū)域生長和空洞處理后的腎臟圖像。

1.6 三維建模（Calculate 3D Models）。Mimics軟件通過直接讀取CT圖像進(jìn)行建模，并利用自身功能對模型進(jìn)行優(yōu)化處理。因此，通過Mimics建模的方式更加簡單快捷，且可避免在操作過程中復(fù)雜性對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響與信息的丟失。在選取腎臟組織的熱區(qū)后，通過在三維實(shí)體（3D Object）菜單欄中導(dǎo)入新生成的Mask并進(jìn)行運(yùn)算，就可以獲取腎臟組織的三維模型，如圖3所示。三維實(shí)體模型質(zhì)量的提高可以通過選擇表面光滑處理、減少矩陣、三角形的減少、邊減少等處理方式來處理。建立的三維模型可以自由縮放與組合，并且可以多角度進(jìn)行觀察。

2 結(jié)束語

本文應(yīng)用腹部多層螺旋CT的斷層掃描圖像數(shù)據(jù)，利用Mimics軟件對二維的斷層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的識別定義、閾值分割、區(qū)域生長、空洞處理等操作，建立了人體腎臟組織的3D模型。建模的結(jié)果表明利用Mimics軟件的三維重建功能可以快速建立生成人體組織的三維模型，并可以對所創(chuàng)建的3D模型進(jìn)行多角度的觀察、測量、手術(shù)模擬和仿真等操作，為臨床醫(yī)生診斷的準(zhǔn)確性和手術(shù)治療方案的合理性提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎弘，蔡元龍，姜航毅.基于微機(jī)的醫(yī)學(xué)圖像三維重建[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)，1995（03）：226-234.

[2]付淼，李莉，何葉松.Mimics與醫(yī)學(xué)圖像三維重建[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2010（10）：3030-3031.

作者簡介：趙曉磊（1984-），女，吉林長春人，助教，碩士研究生，研究方向：模式識別、中醫(yī)工程學(xué)；郭春超（1986-），男，吉林長春人，本科；齊秋菊（1979-），女，吉林長春人，講師，碩士研究生；通訊作者：霍旭陽（1977-），男，博士，副教授。

作者單位：吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林吉林 132013；吉林醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院，吉林吉林 132013；第四軍醫(yī)大學(xué)，西安 710032

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號：31100710）。