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医用医用3D3D打印相关软件的现状与应用打印相关软件的现状与应用 ————医学图像分析、计算机辅助手术规划、个性化手医学图像分析、计算机辅助手术规划、个性化手 术模板及植入物术模板及植入物术模板及植入物术模板及植入物CADCADCADCAD、、与与与与3D3D3D3D打印打印打印打印 报告人：陈晓军 Ph.D, Associate Prof. 上海交通大学 教育部数字医学工程研究中心 机械与动力工程学院 医用3D打印软件关键技术 医学图像处理关键算法医学图像处理关键算法 快速高精度医学图像自动分割算法 多模高维医学图像配准算法 高质量医学图像三维可视化算法 计算机辅助手术规划软件 个性化外科手术模板及植入物的数字化设计软件 模型与支撑结构优化模型与支撑结构优化、及及3D3D打印加工代码生成软件打印加工代码生成软件 1、医学图像处理 图像分割图像分割 区域增长算法 分水岭算法分水岭算法 可变形模型算法 level set算法 Markov随机场算法 Voronoii-didiagram算法算法 模糊连接算法 …… 图像配准图像配准 基于特征的配准 方法 – ICP算法 – 头帽算法 – 矩和主轴法 基于灰度的方法 – 最大互信息配准 法 最大相似性法最大相似性法 局部频率法 基于FFT 的方法 三维可视化三维可视化 面绘制面绘制 – Marching Cube – Dividing Cube 体绘制 – Ray Casting算法 – SSpllattiing算法算法 – Shear Warp算法 – 基于图形硬件GPU 的加速算法 医学图像处理算法平台的国内外医学图像处理算法平台的国内外 研究现状研究现状 VTK/ITKVTK/ITK Cedara IAP IDL AVW MITK （Medical Imaging ToolKit ）由国内中国 科学院自动化研究所的田捷研究员所领导的医 学影像处理研究组开发 本团队研发的医学图像处理软件本团队研发的医学图像处理软件 及相关算法的研究及相关算法的研究 针对针对大数据量大数据量大数据量大数据量医学图像医学图像 （（切片层数通常切片层数通常 超过500层，如：心脏CT数据）分割困 难、繁琐费时、精度难以保障的难题， 提出了基于改进的分水岭的序列医学图 像(CT,MRI) 自动分割的联合算法,开发 完成了医学图像 自动分割与三维建模自动分割与三维建模软 件 MedIMPro(Medical IMage Processing) 软件工作流程软件工作流程 11. 读入断层序列图像读入断层序列图像 2. 截取感兴趣区 3. 对截取后的数据进行重采样 4. 阈值分割 5. 区域增长分割区域增长分割 6. 基于改进的分水岭算法的分割 7. 三维重建 截取感兴趣区与重采样截取感兴趣区与重采样 本软件采用ITK 中的ImageRegionIterator，ResampleImageFilter类 实现该功能 阈值分割与区域增长分割阈值分割与区域增长分割 11．．计算边缘像素的梯度值计算边缘像素的梯度值，，将梯度最大值作将梯度最大值作 为最佳阈值，用不同于原灰