人體面部軟組織的三維幾何有限元建模方法研究.pdf

1、人體面部軟組織的三維幾何有限元建模是顱面手術(shù)模擬過程中很重要的一個環(huán)節(jié)。手術(shù)模擬是一個融合計算機(jī)技術(shù)、圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、科學(xué)計算可視化等多學(xué)科的交叉研究領(lǐng)域。手術(shù)模擬的研究宗旨在于為外科醫(yī)生提供可以反復(fù)使用的訓(xùn)練和模擬工具，可應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)演練和進(jìn)一步的實際手術(shù)中，對于先進(jìn)手術(shù)方式的推廣能起到很好的促進(jìn)作用。 本文主要研究了人體面部軟組織的三維幾何有限元建模方法。針對模擬整形手術(shù)中面部軟組織變形問題，本文提

2、出一種簡化的基于柱面投影的幾何有限元建模方法。本文先用區(qū)域生長算法把在CT數(shù)據(jù)中的頭架分割出來，再用改進(jìn)Marching Cubes算法得到初始的表皮數(shù)據(jù)和顱骨數(shù)據(jù)，接著用柱面投影算法和濾波算法，得到點(diǎn)和面都一一對應(yīng)的表皮數(shù)據(jù)和顱骨數(shù)據(jù)，以五面體為有限單位元，形成規(guī)則的幾何模型。 本文的幾個主要研究重點(diǎn)是： (1)醫(yī)學(xué)圖像的三維重建過程中，利用改進(jìn)的Marching Cubes算法得到了顱腦的三維數(shù)據(jù)，解決了二義性面上的不

3、確定性，保證所構(gòu)造的等值面具有拓?fù)湟恢滦浴?(2)將常用于產(chǎn)生柱面全景圖的柱面投影算法用到醫(yī)學(xué)圖像的建模當(dāng)中，起到了很好的效果。不僅使表皮三維數(shù)據(jù)和顱骨三維數(shù)據(jù)上的點(diǎn)一一對應(yīng)，還為形成規(guī)則有限元索引打了下基礎(chǔ)。 (3)采用了五面體棱柱作為有限單位元，將表皮數(shù)據(jù)和顱骨數(shù)據(jù)上的三角片也都一一對應(yīng)起來，有利于后續(xù)的變形工作。 實驗結(jié)果表明，此方法采用幾何模型模擬面部軟組織，在保證可視化效果和一定精度的前提下，建立起了規(guī)則有