第２３卷第２期 ２ ０ １ ０年６月 青岛大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏｌ｜２３ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ．２ ０ １ ０ 文章编号：１００６—１０３７（２０１０）０２ ００２８—０３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—１０３７．２０１０．０２．００８ 基于ＣＴ图像的颌面部模型三维重建方法 贺 佳 ，王 钰 ，刘振兴。 （１．青岛大学信息工程学院，山东青岛２６６０７１；２．青岛大学机电工程学院，山东青岛２６６０７１； ３．西安电子科技大学电子工程学院，西安７１０１２６） 摘要：基于ＣＴ图像，选择颌面部组织（包括脸颊软组织）为对象，建立符合生理要求的口 腔修复、软组织变形仿真模型。利用Ａｍｉｒａ软件，通过轮廓提取、公共轮廓线建立、模型 光顺等操作，结合重建组织的医学特征，对颌面部不同组织分别进行三维重建。所建立的 三维模型可真实再现颌面各组织的解剖形态，体现相邻组织紧密结合特性。 关键词：三维重建；ＣＴ图像；硬组织；软组织 中图分类号：ＴＰ３９１．４１ 文献标志码：Ａ 随着计算机图像处理与分析、真实感计算机图形学、虚拟现实等技术的发展，医学影像的三维可视化一 直是国内外研究与应用的热点 ］。精确地获得物体的图像数据并作重建，是进一步进行三维设计的基础。 在口腔颌面外科、整形美容外科、１＝Ｉ腔矫形科等领域，三维重建对于治疗后的预测分析、术前诊断、手术设计 及美容整形效果都至关重要。这种三维重建，不仅包含硬组织，也应该包含软组织的重建。ＣＴ是目前常用 的三维测量手段。过去，人们对ＣＴ在重建领域中的应用主要集中于骨组织，对于软组织重建研究较少｜２ｊ。 目前有关基于ＣＴ图像三维重建的文献主要侧重于医学角度的介绍，基本没有涉及三维重建的详细方法。 本研究利用ＣＴ数据，重建颌面部组织的三维模型，再现各组织的解剖形态，为后续的口腔修复、软组织变形 仿真提供符合生理要求的模型。 １组织轮廓的提取 本研究采用６４层螺旋ＣＴ图像，片间距为０．３ ｍｍ。扫描数据以ＤＩＣＯＭ格式储存；数据的转换处理采 用Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅ公司的Ｍｉｍｉｃｓ软件。在Ａｍｉｒａ平台上实现组织轮廓提取、基于等参轮廓线的三维几何模型 重建。 １．１图像预处理 实际扫描过程中，ＣＴ数据不可避免的受到各种噪 声的干扰，影响重建的精度。ＣＴ图像的噪声受多种因素 的影响，但主要表现为高斯噪声和脉冲噪声。采用小波 变换和中值滤波图像去噪方法 ］，去除ＣＴ图像中所含 的高斯和脉冲噪声的混合噪声，从而较好的消除或衰减 存在于图像中的噪声，同时尽可能地保留图像细节。 同一层面的ＣＴ图像数据，通过调节窗位和窗宽， 可得到适于显示软组织与硬组织的两种密度图像。硬 组织的窗位选择＋３００ ＋６００ Ｈｕ，窗宽１ ０００；软组织 （ａ）增强显示硬组织 （ｂ）增强显示软组织 图１图像预处理 的窗位＋３５ Ｈｕ，窗宽１００。通过对ＣＴ图像灰度范围、亮度和阈值的调整，使不同组织区域的分界更加清 收稿日期：２００９—１０—２５ 作者简介：贺通讯作者：王佳（１９８３一），女，硕士研究生，主要研究方向：计算机仿真。 钰，男，副教授，主要研究方向计算机仿真。 第２期 贺佳，等：基于ＣＴ图像的颌面部模型三维重建方法 ２９ 晰，突出显示软硬组织不同的结构特征，更加有利于轮廓的提取，如图１所示。 １．２轮廓提取 图像轮廓的准确提取，是三维重建的关键环节之一。操作者必须对各组织的解剖结构有清楚的了解。 只有这样，才能真实地建立各组织间的连接关系。 轮廓的提取使用Ａｍｉｒａ中的图像分割编辑器Ｉｍａｇｅ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｅｄｉｔｏｒ，对导入的序列图像进行阈值 分割。通过调节阈值范围，取出有用信息，提取轮廓线。在轮廓提取时，通过相邻组织间的公共轮廓线，来体 现组织间紧密结合的特性。 相邻骨组织轮廓的提取以上颌骨和颧骨为例，方法如下： １）在Ｉｍａｇｅ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｅｄｉｔｏｒ中，调整阈值范围，选中图像中骨组织区域。在深入了解解剖结构的 前提下，确定上颌骨的区域，保留上颌骨轮廓线。 ２）锁定已选择的上颌骨区域，以实现该区域不再被重复选中。 ３）新建材质，采用方法１来确定颧骨的轮廓线。在上颌骨与颧骨的邻接处，颧骨选定区域越过上颌骨， 如图２所示。由于上颌骨的区域已经锁定，属于上颌骨的区域不会被重复提取，这样就实现了上颌骨和颧骨 间的紧密结合，如图３所示。 该方法同样适用于相邻软组织、软组织与骨组织间轮廓的提取。 （ａ）锁定上颌骨区域材质 ■ 图２相邻组织轮廓提取 图３相邻组织间紧密结合 骨组织与相邻软组织的边界轮廓清晰、规整，在完成骨组织轮廓提取的基础上，保存图像信息。对带有 骨组织轮廓区域信息的图像进行预处理，增强显示软组织区域。将处理后的图像导入Ａｍｉｒａ中，根据图像 中的骨组织边界，进行整体骨组织轮廓提取。锁定骨组织区域轮廓材质。根据上述方法再进行软组织与骨 组织间的轮廓提取，就可以很好的来实现软硬组织的衔接。 软组织之间的轮廓边界在ＣＴ图像上常常难以清晰的识别出来，组织间的关系复杂。这就需要在充分 了解解剖结构的基础上，确定要重建组织的位置和大体轮廓尺寸。通过前后图像的对比，根据组织结构，绘 制出初步轮廓，在Ａｍｉｒａ中重建出初步的模型。根据模型，找出误差部位，对提取的轮廓进行细节修整，如 图４所示。 所建模型各组织配合贴切，符合实际生理特性。整个颌面部组织的配合关系如图５所示。 Ａ下颌骨Ｂ上、下牙列Ｃ上颌骨Ｄ颧骨 Ａ翼内肌Ｂ翼外肌Ｃ颞肌Ｄ咬肌 Ｅ颞骨Ｆ枕骨Ｇ额骨Ｈ顶骨Ｉ颞肌Ｊ咬肌 图４软组织轮廓提取 图５颌面部组织的配合关系 ３０ 青岛大学学报（自然科学版） 第２３卷 ２三维模型重建 在Ａｍｉｒａ中进行三维重建。所用ＣＴ图像的片间距为０．３ ｍｍ，对应像素数为０．８４９，在导人数据时对 Ｖｏｘｅｌ ｓｉｚｅ参数设置为１：１：０．８４９。三维重建调用ＳｕｒｆａｃｅＧｅｎ模块，建立的模型是基于等参轮廓线的几 何面模型。设置Ｍｉｎｉｍａｌ ｅｄｇｅ ｌｅｎｇｔｈ参数，通过选择形 成三角网格的最小边长，来减少生成的三角面片数，以便 于以后的仿真操作，经过实验，硬组织选择参数值为０．５， 软组织选择参数值为０．３。低于０．３所形成的三角网格 过多，产生不必要的凸起；高于０．５建立的模型过于光顺， 失真较大。 对所建立模型设置ＳｍｏｏｔｈＳｕｒｆａｃｅ模块中的ｉｔｅｒａ— 一 （ａ）正面观 （ｂ）爆炸视图 ｔｉｏｎ参数值，对模型表面进行光顺，范围在３０～１００较好， 图６颌面部组织的整体组合 在保证模型的光顺度同时，又能保证模型的细节不丢失。 图６所示采用上述方法构建的颌面部组织（包括脸颊软组织）的三维模型以及之间的分离配合关系。 ３ 结论 与基于切片等实验数据的重建相比，基于ＣＴ的三维重建更具有临床意义。颌面部是骨组织和软组织 结合较为复杂的部分，本文针对颌面不同组织的重建，取得了较理想的结果，可真实再现颌面各组织的解剖 形态，体现相邻组织间紧密结合特性。 参考文献： ［１］ 田捷，包尚联，周明全．医学影像处理与分析ＥＭ］．北京：电子工业出版社，２００３． Ｉ－２］张富强，焦婷，孙健．应用螺旋ＣＴ三维重建颌面部软组织的研究［Ｊ］．上海口腔医学，２００５，１４（４）：３３０—３３２． ［３］ 王钰，徐敏，谷芳．基于切片图像的颌面骨骼三维建模方法［Ｊ］．青岛大学学报（工程技术版），２００７，２２（１）：３５—４０． ［４］叶鸿瑾，张雪英，何小刚．基于小波变换和中值滤波的医学图像去噪［Ｊ］．太原理工大学报，２００５，３６（５）：５１１—５１４． ［５］路涛，周翔平．多层螺旋ＣＴ肝血管三维重建及临床应用［Ｊ］．中国普外基础与临床杂志，２００６，２（１３）：２３３—２３６． ［６］Ｓｐｉｔｚｅｒ Ｖ Ｍ，ＡｃＫｅｒｍａｎ Ｍ Ｊ，Ｓｃｈｅｒｚｉｎｇｅｒ Ａ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｈｕｍａｎ Ｍａｌｅ：ａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ［Ｊ］．Ｊ．Ａｍ Ｍｅｄ Ｉｎｆｏｒｍ ＡＳＳＯＣ（１０６７—５０２７），１ ９９６，３（２）：１１８一ｌ３０． ［７］李安安，刘谦，龚辉，等．“虚拟中国人男性一号”高精度骨骼系统的三维建模［Ｊ］．中国临床解剖学杂志，２００６，２４ （３）：２９２—２９４． （下转３７页） 第２期 高宝玉，等：基于ＲＧＢ颜色向量的二维彩色图像卡通风格渲染 ３７ Ｃａｒｔｏｏｎ—ｓｔｙｌｅ ｏｆ ２一Ｄ Ｃｏｌｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＧＢ Ｃｏｌｏｒ Ｖｅｃｔｏｒ ＧＡＯ Ｂａｏ—ｙｕ，ＦＡＮＧ Ｙｉ， ＤＵ Ｎａ，ＧＡＯ ＫＵｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃａｒｔｏｏｎ—ｓｔｙｌｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｃｏｌｏｒ—ｉｍａｇｅ ｉｓ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＲＧＢ ｃｏｌｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｄｉｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃｏｌｏｒ ｉｎ ｒｅｇｉｏｎ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ，ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎｓ ａｒｅ ｆｉｌｌｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｄａｔａ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｒｔｏｏｎ ａｎａｌ— ｙｓｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｄｕｎｄａｎｔ ｅｄｇｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ ｃａｔｅｇｏｒｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｎｄｅｒｅｄ ｉｍａｇｅｓ ａｒｅ ｃｌｏｓｅｒ ｔｏ ｃａｒｔｏｏｎ—ｓｔｙｌｅ，ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｕｓｅｆｕｌ ｆｏｒ ｃａｒｔｏｏｎ ａｎｄ ｐｅｒｓｏｎａｌｉｚｅｄ ｐｉｃｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｓｐａｃｅ；ｃｏｌｏｒ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｅｄｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｃａｒｔｏｏｎ—ｓｔｙｌｅ 责任编辑：马述立 英文校对：孔伟金 （上接３０页） ３Ｄ ＲｅｃＯｎｓｔｒｕｃｔｉＯｎ ｏｆ Ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ Ｍｏｄｅｌｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＴ Ｉｍａｇｅｓ ＨＥ Ｊｉａ ，ＷＡＮＧ Ｙｕ。，ＬＩＵ Ｚｈｅｎ—ｘｉｎｇ。 （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０７１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉＤｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ＣＴ ｉｍａｇｅｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ ｔｉｓｓｕｅｓ（ｗｉｔｈ ｓｃｌｅｒｏｕｓ ｔｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｃｈｅｅｋ ｓｏｆｔ ｔｉｓｓｕｅｓ）ａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｓａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｏｒａｌ ｃａｖｉｔｙ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔ ｔｉｓ— ｓｕｅｓ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂｙ ｓｅｖｅｒａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｏｕｒ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｂｌｉｃ ｏｕｔｌｉｎｅｓ，ｔｈｅ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｍｅｄｉｃａｌ ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｍａｘｉｌｌｏｆａｃｉａｌ ｔｉｓ— ｓｕｅｓ ａｒｅ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ａｍｉｒａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ Ａｍｉｒａ．Ｔｈｅ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｐｒａｃｔｉｂｌｅ ｔｏ ｓｈｏｗ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｉｓｓｕｅｓ ａｎｄ ｒｅｆｌｅｃｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ ｔｉｓｓｕｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３Ｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ＣＴ ｉｍａｇｅｓ；ｓｃｌｅｒｏｕｓ ｔｉｓｓｕｅｓ；ｓｏｆｔ ｔｉｓｓｕｅｓ 责任编辑：马述立 英文校对：孔伟金
