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人体大脑数字解剖模型构建及可视化研究

李七渝  
【摘要】:本实验采用可视化人体技术对头部标本进行无锯耗的低温冷冻铣切,采集人体大脑的断面图像,用Photoshop软件,对大脑的主要结构进行半自动分割,并赋予不同的RGB颜色。用课题组自行开发的软件及与香港中文大学合作开发的软件,将分割提取后的脑断面图像进行重建,建立了人体大脑三维模型。用可视化软件,在三维空间上对人体大脑结构进行可视化研究。在三维模型上,以前后连合间线的中点为原点建立了三维空间坐标系,对人体大脑各结构进行了空间定位和三维测量。将人体大脑横、冠、矢三方位的MRI图像与相应的断面标本对照研究,探讨人体大脑各结构薄层断面形态规律及影像学表现。主要研究结果如下: 1.采用可视化人体技术,并对主要装置和方法进行了改进,采集到中国数字化可视人体大脑数据集,铣切厚度达到0.1mm,无锯耗,数字化摄影分辨率达到1100万(4064×2704)像素,每个断面图像文件大小为63MB。 2.用Photoshop软件,对大脑灰质和白质、基底核团、脑室及海马等结构进行了半自动分割,并在PC机上用表面绘制和体绘制方法进行了三维重建。重建结构可多结构、多色彩模式显示,可在三维空间绕任意轴旋转,可对三维结构进行透明显示、任意缩放,对有关径线和角度能进行方便的测量。 3.获得了7套正常人体大脑连续薄层断面图像,其中横断5套,冠状位和矢状位各1套。此部分资料为神经外科和影像诊断提供了解剖学基础。完成了2套大脑主要结构精确分割的图像数据集。 4.将断面标本与相应层面的MRI图像相对照,得出了大脑沟回及主要结构在横、冠、矢三方位的断面影像特点,为大脑占位性病变及脑的功能影像学研究提供了解剖学依据。 5.以前后连合间线的中点为原点建立了大脑三维空间坐标系。并对原始数据进行重新采样,生成了与新坐标系相匹配的人体大脑数据集,并测量了大脑主要结构的大小及空间坐标。 6.建立了人体大脑的数字化三维解剖模型。模型的浏览器界面是本课题组采用VC++和openGL图形库及基于它的VTK工具箱自行开发的。大脑模型是建立在临 WP=9 床常用的连合间线中点为原点的三维空间坐标系中,且模型上每一像素都有相应的解剖标识,为手术计划提供了重要的参考信息。同时,也为图像分割算法的研究提供了模板,并可用于神经解剖教学。具有明确解剖标识和量化空间信息的数字化人体大脑模型,与坐标系统联系起来,也为各类图像配准提供了公共参考系统。 7.采用图形加速器和课题组自行开发的可视化软件,在三维虚拟环境中实现了大脑结构的适时可视化。大脑结构可以三维立体显示。大脑的三维模型可以绕任意轴旋转任意角度,并能任意切割显示大脑内部结构。原始的横断面数据在计算机里通过重新采样,可重建出大脑的冠状、矢状及任意方向的图像。


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