1、断层扫描图像的三维重建及快速原型制造
断层扫描图像的三维重建及快速原型制造
引言：
快速原型技术经过20多年的发展，已经发展得相当成熟。目前CT、MRI等断层扫描技术在诊断方面应用相当广泛。但是这些断层扫描的图片有其本身的局限性，二维图片往往让外科医生不能很好的对病理进行分析。翻阅大量的序列断层图片，不及将这些图片三维重建，将实体模型拿在手上进行分析得到的信息多。比利时Materialise公司开发的Mimics是连接断层扫描图片与快速原型制造的桥梁。
图片的导入
针对目前标准的DICOM文件格式，Mimics提供了自动的导入功能。用户只需要在导入向导的指引下就可以导入
2、整个目录下的文件或是部分文件。同时，还可以通过半自动的方式导入BMP和TIFF文件，手动的方式导入其他的文件。
组织的提取及三维重建
导入原始的断层图片后，MIMICS会自动计算生成冠状面图和矢状面图。Mimics用三个视图来显示这三个位置的图片，并且这三个视图是相会关联的，可以通过鼠标和定位工具栏快速定位，如图1所示。右上角的图是原始的扫描图像，左上角和下角是由原始横断面图像计算生成的冠状面和矢状面图像。红线指示横断面图像的位置，黄线指示冠状面图像的位置，绿线指示矢状面位置。
图1 Mimics的用户界面
断层图片中，不同组织的灰度值不同，故此可以通过阈值来提取相应的组织，如图
3、2所示。
图 2 设置恰当的阈值提取组织
从图中可以看出，着色的象素其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，检查提取的组织是否合适。图3-A的阈值左区间设置得太低，故而提取了许多噪点。图3-B的阈值左区间设置得太高，故而有许多骨组织丢失。
图3A 左侧阈值设置太低
图3B左阈值设置过高
Mimics会将提取的象素存放在一个蒙罩（Mask）里，同时Mimics提供一系列的工具编辑修改蒙罩，从而提取所需的组织。编辑好的蒙罩可以用来生成3D模型，这样就实现了2D断层扫描图片到三维实体的转换，如图4所示。
图4重建
4、的三维数字模型
从2D扫描图片到三维模型的转换，这是Mimics处理医学断层扫描图像的第一步。Mimics与其他影像处理软件最大的不同之处是其提供了一系列模块，通过这些模块，可以将三维用来生产快速原型件、用于FEA分析、可以输出相应的CAD的信息为后续的假体/植入体设计提供参考数据。同时还可以在Mimics里，基于三维模型做手术的模拟，设计一些植入体。
快速原型经过20多年的发展，这项技术已经发展得相当成熟，其制造精度和速度都有很大的提升。同时，快速原型制造的软件平台Magics也经过15年的发展，可以解决RP/RT/RM领域的几乎所有问题。
Mimcs针对不同的需要，提供了不同的模块，
5、解决不同用户的需求。针对快速原型制造，STL+和RP Slice模块是其提供的强有力的接口。通过STL+这个模块，Mimics就可以输出快速原型制造行业的标准STL文件，包括Binary和ASCⅡ两种存储方式的STL文件。同时还可以输出DXF、VRML、PLY、Single PLY、Point cloud文件，以满足不同用户的需要。通过RP Slice模块，Mimics就可以针对不同RP机器用来生产的切层文件格式需要，将三维模型输出为CLI、SLI和SLC格式的文件。RP设备读入这些切层文件，可以直接用于生产，图5为用快速原型技术生产的实物模型。Minics可输出格式
图5快速原型制造的三维实物模型
结论
快速原型技术在医学的应用将会越来越广泛，现在的三维建模技术也发展的相当成熟。临床医生可以很好的借助三维实体模型的帮助，从而规避更多的手术风险，手术的方案也会更加切合实际的需要。同时医生与患者的沟通也更加的容易、便捷。
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