[发明专利]一种结合CT和MRI二维图像建立人体膝关节三维仿真模型的方法

摘要

本发明涉及一种结合CT和MRI二维图像建立人体膝关节三维仿真模型的方法，属于医学影像技术领域。该方法包括CT图像采集、MRI图像采集、数据保存、CT二维图像的导入及三维模型建立、MRI二维图像的导入及三维模型建立和膝关节解剖仿真模型配准与修饰六大步骤。本发明方法结合了CT及MRI二者扫描的优势，扫描方便、迅速，图象清晰，解剖关系明确，有很高的密度分辨力及扫描范围。本发明通过三维图像配准技术，将两组图像进行配准，通过拟合股骨、胫骨、腓骨的点云轮廓和解剖特征点，统一两种图像的三维坐标系，并通过配准模块配准，就得到了包含骨、软骨、半月板、韧带与肌腱等结构的双下肢全长膝关节三维数字化模型。

主权项

一种结合CT和MRI二维图像建立人体膝关节三维仿真模型的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1），CT图像采集：采用CT扫描双下肢，扫描体位为膝关节自然伸直并外旋10°～15°固定；扫描范围为上方至中骨盆平面，下方完全包含足部；步骤（2），MRI图像采集：采用磁共振机扫描双膝，磁共振机以头线圈作为接收线圈；扫描体位为膝关节自然伸直并外旋10°～15°度角固定；扫描范围为以膝关节间隙为中心，向上下各扫描10cm；步骤（3），数据保存：将步骤（1）和步骤（2）所得的扫描图像数据在计算机工作站上以DICOM 3.0格式存储并刻录到CD‑ROM上；步骤（4），CT二维图像的导入及三维模型建立：在计算机工作站上，将膝关节CT扫描图像数据以DICOM格式导入Mimics l6.0，定义上、下、左、右、前、后方向后，Mimics l6.0中显示出矢状位、冠状位、额状位的二维图像；在“Masks”中建立一种新的绿色，选择“Segmentation Menu”中的“Thresholding”，通过“Thresholding”调整上下阈值至绿色“Masks”完全覆盖所有层面的骨组织，骨组织的CT值在226‑1542Hu之间；选择“Edit Masks”菜单中的“Erase”擦除股骨周围多余的绿色，定义出骨组织边缘；右键点击Green Masks，在菜单中选择“Region Growing”，点击二维图像中的不同骨组织，在对话窗口中选择“New Masks”，完成不同骨的划分；选择“Segmentation Menu”中的“Calculate 3D from Masks”，采用“High Quality”计算方法，运行后建立出膝关节三维数字化模型；步骤（5），MRI二维图像的导入及三维模型建立：第一步，在计算机工作站上，将膝关节MRI扫描图像数据以DICOM格式导入Mimics l6.0，定义上、下、左、右、前、后方向后，Mimics l6.0中显示出矢状位、冠状位、额状位的二维图像；在“Masks”中建立一种新的绿色，选择“Segmentation Menu”中的“Thresholding”，首先通过“Thresholding”调整上下阈值至绿色“Masks”完全覆盖所有层面的骨组织；选择“Edit Masks”菜单中的“Erase”擦除股骨周围多余的绿色，定义出骨组织边缘；右键点击Green Masks，在菜单中选择“Region Growing”，点击二维图像中的不同骨组织，在对话窗口中选择“New Masks”，完成不同骨的划分；第二步在“Masks”中建立一种新的蓝色，调整“Thresholding”上下阈值至蓝色“Masks”完全覆盖所有层面的韧带；选择“Edit Masks”菜单中的“Erase”擦除韧带周围多余的蓝色，定义出所有韧带组织边缘；右键点击Blue Masks，在菜单中选择“Region Growing”， 点击二维图像中的不同骨组织，在对话窗口中选择“New Masks”，完成不同韧带的划分；第三步在“Masks”中建立一种新的红色，调整“Thresholding”上下阈值至红色“Masks”完全覆盖所有层面的软骨及半月板；选择“Edit Masks”菜单中的“Erase”擦除软骨周围多余的红色，定义出所有软骨及半月板组织边缘；右键点击Red Masks，在菜单中选择“Region Growing”， 点击二维图像中的不同骨组织，在对话窗口中选择“New Masks”，完成不同软骨及半月板的划分；选择“Segmentation Menu”菜单栏中的“Calculate 3D from Masks”选项，采用对话框中点击“High Quality”计算方法，运行后建立出膝关节三维数字化模型；步骤（6），膝关节解剖仿真模型配准与修饰：将通过CT和MRI扫描图像数据得到的三维数字化模型，即步骤（4）采用CT扫描图像数据得到的膝关节三维数字化模型和步骤（5）采用MRI 扫描图像数据得到的膝关节三维数字化模型用Imageware 13.0软件转换为点云模型，将通过MRI得到的骨组织的点云轮廓与通过CT获得的骨组织点云轮廓在Imageware 13.0软件中的配准模块中通过最佳匹配运算，使得二者点云轮廓配准，并基于明确的解剖特征点进行微调，使得CT扫描图像数据得到的三维数字化模型和MRI扫描图像数据得到的三维数字化模型的空间坐标系进行了统一；接着再将通过MRI得到的软组织及骨组织的点云轮廓导入该空间坐标系中，再通过配准模块将软组织与骨组织配准，并基于明确的解剖特征点进行微调，即得到了人体膝关节几何解剖仿真模型。