本文選題：數(shù)字解剖學　切入點：數(shù)字人　出處：《第三軍醫(yī)大學》2008年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】： 數(shù)字解剖學就是應(yīng)用數(shù)字化的技術(shù)手段,對人體的解剖結(jié)構(gòu)及其功能進行數(shù)字化,并對數(shù)字化的信息進行解剖學觀察、測量、虛擬操作等方面研究和應(yīng)用的一門科學。隨著CT、MRI技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展,使得人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的數(shù)字化與三維可視化成為可能,特別是美國可視人和中國可視化人體數(shù)據(jù)集的相繼問世,提供了高精度的彩色人體斷層圖像,為高精度人體數(shù)字結(jié)構(gòu)模型的建立提供了理想的數(shù)據(jù)源。利用數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集可以建立人體的數(shù)字模型,如人體的幾何模型和體素模型,在數(shù)字模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合解剖學教學的特點,可以滿足斷層解剖學、系統(tǒng)解剖學標本的演示等常規(guī)解剖學的教學需求,并能實現(xiàn)任意方位的斷層圖像的獲取、無損壞標本示教、遠程教學等常規(guī)解剖學研究和教學中無法實現(xiàn)的目的。目前數(shù)字解剖學還處在初始階段,在數(shù)字化人體數(shù)據(jù)的獲取過程中,在圖像分割、三維模型的建立與虛擬仿真中,以及異地遠程教學方面仍存在許多問題,需要進一步完善與提高。 為此本實驗擬在現(xiàn)有的數(shù)字化人體建模技術(shù)的基礎(chǔ)上,從數(shù)據(jù)獲取與處理、圖像分割與三維重建、模型可視化與虛擬仿真等方面探討數(shù)字解剖學教學實現(xiàn)的技術(shù)方法,為數(shù)字解剖學提供理論依據(jù)和技術(shù)平臺。本實驗選擇第二例中國數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集的喉區(qū)斷層圖像(下頜角與甲狀腺下緣之間)作為主要研究對象,同時通過冰凍銑切技術(shù)獲得冠狀、矢狀位各1例頭頸部數(shù)據(jù)集,根據(jù)圖像上配準點的特征進行自動配準,建立相應(yīng)的高精度配準數(shù)據(jù)集。在圖形工作站上利用Amira4.1軟件對3例數(shù)據(jù)集進行三維重建,利用數(shù)字化重采樣技術(shù)對建立的體素數(shù)據(jù)體進行數(shù)字化虛擬切割,從多方位模擬同一例標本斷層圖像的獲取。采用手工的分割方法對第二例中國數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集喉區(qū)的結(jié)構(gòu)進行精細分割,利用自行開發(fā)的軟件實現(xiàn)分割數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,使得一次圖像分割的結(jié)果可用于多種可視化軟件系統(tǒng)。利用體繪制和面繪制的方法在Dextrobean和Amira虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中實現(xiàn)了喉區(qū)重建結(jié)構(gòu)的三維立體顯示,模擬喉的解剖學教學和臨床技能的仿真操作,探討高精度圖像分割的方法,以及與數(shù)字解剖學的相關(guān)的虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)與軟硬件平臺建設(shè)。將Amira軟件系統(tǒng)中建立的面模型經(jīng)模型簡化與平滑處理后輸出為VRML模型,利用VRML模型的可視性、交互性,結(jié)合HTML和JavaScript語言對喉區(qū)的數(shù)字模型進行基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬解剖學教學研究,建立了喉的數(shù)字解剖學網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng),并探討數(shù)字解剖學三維立體模型在網(wǎng)絡(luò)的傳輸與虛擬仿真操作。其研究成果有助于數(shù)字解剖學的研究和開展,為數(shù)字解剖學的教學提供技術(shù)支撐和應(yīng)用平臺。 本研究的主要研究結(jié)果和結(jié)論如下: 1.根據(jù)冰凍斷層圖像上的配準點特征信息,利用自主開發(fā)的軟件實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集圖像的自動配準,其配準誤差小于1個像素,達到亞像素水平。 2.利用數(shù)字化重采樣技術(shù)對橫、冠、矢3例頸部的數(shù)據(jù)集分別進行了同一例標本多方位斷層圖像的采集與觀測,實現(xiàn)虛擬斷層解剖學的研究與觀察,為臨床影像診斷和數(shù)字化虛擬斷層解剖學的開展提供了技術(shù)方法和形態(tài)學資料。 3.利用手工分割的方法獲得了喉區(qū)結(jié)構(gòu)的高精度分割數(shù)據(jù)集,從圖像分割到三維數(shù)字化建模與虛擬現(xiàn)實仿真等方面進行技術(shù)上的探討,建立了一套完整的技術(shù)路線。用自制的分割數(shù)據(jù)集格式轉(zhuǎn)換軟件實現(xiàn)了分割數(shù)據(jù)精確轉(zhuǎn)換,使得一次分割的結(jié)果可用于多種可視化軟件系統(tǒng)。 4.采用面繪制和體繪制的算法建立了2種喉的精細數(shù)字化解剖模型,可作為解剖學教學標本的補充。并對建立的喉模型進行虛擬的解剖學操作,為數(shù)字解剖學的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 5.建立了喉區(qū)結(jié)構(gòu)的VRML數(shù)字模型,通過事件路由設(shè)置實現(xiàn)了模型的可視化控制,結(jié)合HTML和JavaScript語言實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的喉區(qū)數(shù)字解剖模型的遠程讀取,本地瀏覽和交互式操作,為解剖學的遠程虛擬仿真教學提供技術(shù)平臺和方法,有助于遠程虛擬數(shù)字解剖學的研究和開展。
[Abstract]:Digital anatomy is the application of digital technologies, digital to human anatomical structure and function, and anatomical observation, the digital information measurement, a scientific research and application of virtual operation etc.. With CT, the appearance and development of MRI technology, which makes it possible to digitize and three-dimensional visualization of the internal structure of the human body. Especially the visible human and Chinese visible human data sets have been developed, provides high precision color human images, the establishment of high precision digital human body model provides an ideal data source. Set can build digital models of the human body by using digital human data, such as geometric model and human body model, in the basis of the digital model, combined with the characteristics of anatomy teaching, can satisfy the sectional anatomy, anatomic demonstration system of conventional anatomy The teaching needs, and can achieve any range of image acquisition, no damage samples of teaching, to realize the remote teaching anatomy in the research and teaching purposes. The digital anatomy is still in the initial stage, in the process of acquiring digital human data, image segmentation, and the establishment of virtual simulation of 3D model. There are still many problems and remote teaching, the need to further improve and improve.
This experiment is based on digital human modeling technology on the current from the data acquisition and processing, image segmentation and 3D reconstruction, model visualization and virtual simulation aspects of technology to realize digital anatomy teaching, provide a theoretical basis and technical platform for digital anatomy. In this experiment, second cases of laryngeal region image digital Chinese the visible human data set (with the lower edge of the mandibular angle between the thyroid) as the main research object, and through the milling technique for coronary and sagittal 1 cases of head and neck data set, according to the image feature registration point for automatic registration, the establishment of high precision registration data corresponding to the set of Amira4.1 software for three-dimensional. The reconstruction of 3 cases of data sets used in graphics workstation, using digital resampling technology in data to establish the digital virtual cutting, from multiple angles The simulation for the same samples. Using image segmentation method for fine segmentation of hand structure of second cases of laryngeal region set China visible human data, convert data format segmentation using self-developed software, the results of image segmentation at a time can be used for a variety of visualization software system. By using the method of volume rendering and surface rendering three-dimensional reconstruction of laryngeal region structure in Dextrobean and Amira in virtual reality system, simulation operation simulation of laryngeal anatomy teaching and clinical skills, to explore the method of high accuracy of image segmentation, and virtual reality simulation technology and digital anatomy and platform construction of software and hardware. The surface model of Amira software in the system by using simplified model and smoothing processed into VRML model, using the visual VRML model, interactive, combined with HTML and JavaScript. Digital model of laryngeal region of virtual anatomy teaching based on network, established a network teaching system of digital anatomy of larynx and discuss digital anatomy, three-dimensional model in network transmission and virtual simulation. The research results have contributed to research and development of digital anatomy, provide technical support and application platform for digital anatomy the teaching.
The main results and conclusions of this study are as follows:
1., according to the feature information of registration points on frozen fault images, automatic registration of dataset images is realized by self-developed software. The registration error is less than 1 pixels, reaching sub-pixel level.
2. the use of digital resampling technique on the cross, crown, 3 cases of cervical sagittal data sets were collected and observed the same specimen range images. Research and implementation of virtual anatomy observation, provides the technical method and morphological data for clinical imaging diagnosis and virtual anatomy.
Methods 3. using manual segmentation obtained throat zone structure of high precision segmentation data set from image segmentation to 3D digital modeling and virtual reality simulation and other aspects of technology, the establishment of a complete set of technical route. The format conversion software to realize the segmentation and accurate data conversion with self-made segmentation data set, the the results of segmentation time can be used for a variety of visualization software system.
4., by using the algorithm of surface rendering and volume rendering, 2 kinds of fine digital anatomical models of larynx have been established, which can be used as a supplement to anatomical teaching specimens. The virtual anatomy operation of laryngeal models has been established, which laid the foundation for further development of digital anatomy.
5. the establishment of a VRML digital model of laryngeal region structure, through the event routing set to achieve the control of model visualization, combined with HTML and JavaScript language to read remote network digital anatomical model of laryngeal region based on local browsing and interactive operation, provide technical platform and simulation method for the remote virtual anatomy teaching, research and development help the remote virtual digital anatomy.

【學位授予單位】：第三軍醫(yī)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：R322;R319

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