基于多模態(tài)MRI圖像的耳軟骨3D生物打印模型構(gòu)建
發(fā)布時(shí)間:2021-01-14 16:51
背景:臨床通過(guò)耳廓再造修復(fù)先天性小耳畸形,構(gòu)建高保真、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且安全的耳軟骨支架一直是耳廓再造的研究核心。耳軟骨支架的構(gòu)建方式不斷改進(jìn),先后經(jīng)歷了肋軟骨手工雕刻法、軟骨組織工程和3D生物打印法。相比前兩種方式,3D生物打印技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer-aided design,CAD)精確控制耳軟骨支架的宏觀和微觀結(jié)構(gòu),并且不需要截取患者肋軟骨,減輕了對(duì)患者的傷害,因而是目前精確構(gòu)建耳軟骨支架的主要研究方向。圖像采集是影響3D生物打印結(jié)構(gòu)精度的一個(gè)主要因素,3D激光掃描、計(jì)算機(jī)斷層掃描(computertomography,CT)和常規(guī)的磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)掃描序列對(duì)耳軟骨成像效果較差,不適合分割耳軟骨,所以構(gòu)建的模型精度上仍有一定誤差。本研究旨在探索適合耳軟骨成像的掃描序列,并構(gòu)建高精度的耳軟骨支架模型,為3D生物打印提供模型基礎(chǔ)。方法:用3.0TMRI(Philips,Achieva)對(duì)40位健康志愿者的單側(cè)耳廓進(jìn)行多模態(tài)MRI成像,包括UTE、3D-T2、PDW和PROSET。首先由兩位有經(jīng)驗(yàn)的分割者(Rater1...
【文章來(lái)源】:北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京市 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】:58 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1?3D激光掃描、CT和不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果
?2.4.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向??成像設(shè)備得到的原始數(shù)據(jù)一般都處于原始空間(如圖2-2),醫(yī)學(xué)圖像處理有特??定的標(biāo)準(zhǔn)空間,常用的是MNI空間,它是Montreal?Neurological?Institute根據(jù)一系??列正常人腦的MRI圖像而建立的坐標(biāo)系統(tǒng),也是目前多數(shù)腦部核磁圖像研究者采??用的坐標(biāo)系統(tǒng)_。MATLAB?(SPM工具)、FSL默認(rèn)的都是MNI空間,本研究首先??將數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)向到與標(biāo)準(zhǔn)(MNI)空間一致,采用的轉(zhuǎn)向方式是使用軟件FSL5.0.10??(AnalysisGroup,?FMRIB,Oxford,UK)中的“fslreorient2std”命令。以?UTE?為例,??轉(zhuǎn)向前數(shù)據(jù)矩陣為800x800x80,體素為0.25?mmx〇.25mmx〇.6mm,轉(zhuǎn)向后數(shù)據(jù)矩??陣為?80><800x800,體素為?0.6?mmx〇.25?mmx〇.25?mm。??此外
?書(shū)。??圖2-3以偽彩圖形式展示不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果,(a)?(b)?(c)??(d)分別為UTE、3D-T2、PDW、PROSET。UTE序列中耳軟骨呈現(xiàn)為亮信號(hào),圖??像對(duì)比度和信噪比能夠滿足分割需求,該序列可用于分割耳軟骨;3D-T2序列中耳??軟骨呈現(xiàn)為暗信號(hào),耳垂為高亮信號(hào),適合耳垂的分割;PDW序列對(duì)比度低,耳軟??骨與周圍組織的信號(hào)強(qiáng)度區(qū)分不明顯,但信噪比高,適合整個(gè)耳廓的分割與形態(tài)觀??察;PROSET序列中抑制了脂肪信號(hào),可以區(qū)分出耳垂,此外,該序列能夠觀察到??面神經(jīng)和血管,也可以用于術(shù)后觀察皮瓣血運(yùn)情況(如圖2-3?(e))。??■■■■HI?i:??(a)?(b)?(c)?(d)?(e)??圖2-3不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果。(a)?UTE;?(b)?3D-T2;?(c)?PDW;??(d)?PROSET;?(e)?PROSET??數(shù)據(jù)采集完成后,本研究對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理,包括DICOM轉(zhuǎn)為NffTI格式、??數(shù)據(jù)重命名、轉(zhuǎn)向、左右耳鏡像變換、調(diào)整圖像尺寸和配準(zhǔn)。圖2-4是UTE轉(zhuǎn)向到??MNI空間后的結(jié)果
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]3D生物打印在組織工程軟骨再生與重建應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J]. 廖俊琳,王少華,陳佳,謝紅炬,周建大. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版). 2017(02)
[2]先天性小耳畸形的分型及治療策略[J]. 蔣海越,潘博,林琳. 中華耳科學(xué)雜志. 2013(04)
[3]基于Otsu算法和Sobel算子的連接件圖像邊緣檢測(cè)[J]. 王鯤鵬. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版). 2011(15)
[4]幾種圖像閾值分割算法的實(shí)現(xiàn)與比較[J]. 陳寧寧. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2011(13)
[5]簡(jiǎn)單的圖像分割多閾值法[J]. 李哲學(xué). 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2010(11)
[6]先天性小耳畸形病因?qū)W研究進(jìn)展[J]. 劉海軍,熊猛. 中國(guó)美容醫(yī)學(xué). 2009(04)
[7]Otsu方法在多閾值圖像分割中的應(yīng)用[J]. 王磊,段會(huì)川. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì). 2008(11)
[8]先天性小耳畸形的皮膚軟組織擴(kuò)張器法外耳再造術(shù)[J]. 莊洪興,蔣海越,潘博,楊慶華,何樂(lè)人,趙延勇,韓娟. 中華整形外科雜志. 2006(04)
[9]中國(guó)1993-1998年出生缺陷監(jiān)測(cè)能力分析[J]. 陳佳鵬,張蕾,陳功,宋新明,鄭曉瑛. 中華流行病學(xué)雜志. 2006(05)
[10]人體中的軟骨[J]. 何明明. 中學(xué)生物學(xué). 2005(12)
碩士論文
[1]3D打印技術(shù)中分層與路徑規(guī)劃算法的研究及實(shí)現(xiàn)[D]. 王騰飛.河北工業(yè)大學(xué) 2015
[2]3D打印模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和切片后處理技術(shù)分析[D]. 羅文煜.南京師范大學(xué) 2015
[3]醫(yī)學(xué)圖像的非剛性配準(zhǔn)算法研究[D]. 王瑋慧.電子科技大學(xué) 2013
本文編號(hào):2977201
【文章來(lái)源】:北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院北京市 211工程院校 985工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】:58 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
圖2-1?3D激光掃描、CT和不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果
?2.4.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向??成像設(shè)備得到的原始數(shù)據(jù)一般都處于原始空間(如圖2-2),醫(yī)學(xué)圖像處理有特??定的標(biāo)準(zhǔn)空間,常用的是MNI空間,它是Montreal?Neurological?Institute根據(jù)一系??列正常人腦的MRI圖像而建立的坐標(biāo)系統(tǒng),也是目前多數(shù)腦部核磁圖像研究者采??用的坐標(biāo)系統(tǒng)_。MATLAB?(SPM工具)、FSL默認(rèn)的都是MNI空間,本研究首先??將數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)向到與標(biāo)準(zhǔn)(MNI)空間一致,采用的轉(zhuǎn)向方式是使用軟件FSL5.0.10??(AnalysisGroup,?FMRIB,Oxford,UK)中的“fslreorient2std”命令。以?UTE?為例,??轉(zhuǎn)向前數(shù)據(jù)矩陣為800x800x80,體素為0.25?mmx〇.25mmx〇.6mm,轉(zhuǎn)向后數(shù)據(jù)矩??陣為?80><800x800,體素為?0.6?mmx〇.25?mmx〇.25?mm。??此外
?書(shū)。??圖2-3以偽彩圖形式展示不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果,(a)?(b)?(c)??(d)分別為UTE、3D-T2、PDW、PROSET。UTE序列中耳軟骨呈現(xiàn)為亮信號(hào),圖??像對(duì)比度和信噪比能夠滿足分割需求,該序列可用于分割耳軟骨;3D-T2序列中耳??軟骨呈現(xiàn)為暗信號(hào),耳垂為高亮信號(hào),適合耳垂的分割;PDW序列對(duì)比度低,耳軟??骨與周圍組織的信號(hào)強(qiáng)度區(qū)分不明顯,但信噪比高,適合整個(gè)耳廓的分割與形態(tài)觀??察;PROSET序列中抑制了脂肪信號(hào),可以區(qū)分出耳垂,此外,該序列能夠觀察到??面神經(jīng)和血管,也可以用于術(shù)后觀察皮瓣血運(yùn)情況(如圖2-3?(e))。??■■■■HI?i:??(a)?(b)?(c)?(d)?(e)??圖2-3不同的MRI序列對(duì)耳軟骨的成像效果。(a)?UTE;?(b)?3D-T2;?(c)?PDW;??(d)?PROSET;?(e)?PROSET??數(shù)據(jù)采集完成后,本研究對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理,包括DICOM轉(zhuǎn)為NffTI格式、??數(shù)據(jù)重命名、轉(zhuǎn)向、左右耳鏡像變換、調(diào)整圖像尺寸和配準(zhǔn)。圖2-4是UTE轉(zhuǎn)向到??MNI空間后的結(jié)果
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]3D生物打印在組織工程軟骨再生與重建應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J]. 廖俊琳,王少華,陳佳,謝紅炬,周建大. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版). 2017(02)
[2]先天性小耳畸形的分型及治療策略[J]. 蔣海越,潘博,林琳. 中華耳科學(xué)雜志. 2013(04)
[3]基于Otsu算法和Sobel算子的連接件圖像邊緣檢測(cè)[J]. 王鯤鵬. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)(專業(yè)版). 2011(15)
[4]幾種圖像閾值分割算法的實(shí)現(xiàn)與比較[J]. 陳寧寧. 電腦知識(shí)與技術(shù). 2011(13)
[5]簡(jiǎn)單的圖像分割多閾值法[J]. 李哲學(xué). 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2010(11)
[6]先天性小耳畸形病因?qū)W研究進(jìn)展[J]. 劉海軍,熊猛. 中國(guó)美容醫(yī)學(xué). 2009(04)
[7]Otsu方法在多閾值圖像分割中的應(yīng)用[J]. 王磊,段會(huì)川. 計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì). 2008(11)
[8]先天性小耳畸形的皮膚軟組織擴(kuò)張器法外耳再造術(shù)[J]. 莊洪興,蔣海越,潘博,楊慶華,何樂(lè)人,趙延勇,韓娟. 中華整形外科雜志. 2006(04)
[9]中國(guó)1993-1998年出生缺陷監(jiān)測(cè)能力分析[J]. 陳佳鵬,張蕾,陳功,宋新明,鄭曉瑛. 中華流行病學(xué)雜志. 2006(05)
[10]人體中的軟骨[J]. 何明明. 中學(xué)生物學(xué). 2005(12)
碩士論文
[1]3D打印技術(shù)中分層與路徑規(guī)劃算法的研究及實(shí)現(xiàn)[D]. 王騰飛.河北工業(yè)大學(xué) 2015
[2]3D打印模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和切片后處理技術(shù)分析[D]. 羅文煜.南京師范大學(xué) 2015
[3]醫(yī)學(xué)圖像的非剛性配準(zhǔn)算法研究[D]. 王瑋慧.電子科技大學(xué) 2013
本文編號(hào):2977201
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