3D影像 3D建模等数字化影像在医学应用领域的案例窥览

大家好，我是廖胜辉，从本科阶段开始，一直专注于计算机辅助医学的图形图像处理。多年来，通过产、学、研结合的方式，不断进行计算机辅助医学的开发，形成了一系列自主知识产权的医疗软件系统，部分系统已经在外面推广应用。

今天很高兴有机会与大家一起交流，分享医学图像处理、三维建模、辅助手术设计、生物力学仿真、虚拟手术培训等一系列技术的心得体会，以及3D打印应用的案例。

医学影像检查发展迅速日益广泛，医学图像处理是临床诊断分析和后续三维建模的基础。

CT等设备自带软件三维重建功能有限，不能精细化建模、清晰区分病灶和周围重要组织，如果开发专门的三维医学辅助软件，我觉得方便实用的图像分割功能是很重要的。

常规的阀值分割，只方便提取清晰的骨组织区域，复杂的软组织的分割与提取是开发的难点。一些处理软件和发表的论文以全自动的分割为目标，但是往往只是运行演示的例子数据的结果好看，处理实际临床影像数据的结果并不好。

我个人觉得，最实用的功能应该是：最简单的、傻瓜式的用户交互，加上智能的软件算法处理功能。以下面这个脑部的血块图像为例。如果进行常规的阀值分割，肯定会有噪声杂质一起被分割出来。

而如果用户很简单的在血块区域、和周围组织上勾画一下（只要大概标记血块和周围组织，不需要严格标志边界线），智能的分割算法可以很好的一键提取出血块区域。

另一种智能分割工具，用户可以简单将鼠标移动到血块区域边界附近，智能算法将自动分割出血块的清晰的边界

类似的半自动的、简单交互的分割工具，对于分割提取复杂的软组织，是很方便的，并且质量比较好。其它的分割工具，我觉得比较实用的有三维视图套索等，这种在CT设备软件中也有这种功能。

对于医学三维重建的技术，也是很重要的一个功能，并且在图像分割中，经常要结合三维重建看看效果，然后修改分割的结果。但是现有的软件，包括 Minics等，重建时都要等几十秒，甚至几分钟。

在我的辅助软件体系中，专门开发了一种快速预览分割结果的功能，可以实时展示分割的三维结果，如取的这个效果图。

这个技术的底层用的是体绘制技术，但是常规的体绘制技术直接显示图像分割结果，会是下面的效果，粗糙很不光滑。而我们上面的显示的图形非常光滑清晰。这个技术，结合特定的功能设计，是非常实用的。

对于计算机辅助手术设计，涉及很多技术，今天我想和大家分享的，是结合3D打印技术的一些手术设计。这个方面应用得很广的，除了骨科，可能口腔科是用得最多的科室之一。口腔科的一个典型应用，是辅助种植手术的导板，下面的设计的流程。

另一个应用是三维正畸， 这里的一个关键技术，是单个牙齿模型的智能提取。

在这个基础上，可以做隐形牙套，等等。口腔颌面的辅助设计和3D打印也应用很多。比如用自身腓骨重建有肿瘤的下颌，这里需要各种手术导板，切割的、定位的、截骨的。

当然还有全身其它各种手术的辅助设计和3D打印

接下来看一下生物力学仿真这个在医学也是比较有用的

这个可以做各种生物力学、和流体的仿真，除了宏观的，还可以做微观的分析。

仿真一方面可以结合临床来做，比如整形美容的仿真

另一方面，我觉得医学上的培训系统的开发也是很大一个方面

目前，我们正在大力开发这个方面，传统的三维图形图像处理技术，加上虚拟现实设备， 如3D立体显示，基于体感设备的三维交互

今天讲的内容面还是太宽了，发现有点凌乱，一些东西也没有展得开，最后总结一下，我这边的核心是做数字化医疗三维设计。

只要有医学影像数据，可以做各方面的分析、重建、设计、仿真、培训等等，当然也包括3D打印的应用。

Q&A

Q：廖老师，Mr的提取您们是怎么做到那么短时间做到的？

A：不太清楚的医学图像的分割提取，就像我刚才说的，最好是有一定的用户简单指示，这样能限制处理范围，同时提供一个初始边界条件，这样算法可以更快、更准确的处理， 如果全自动的，我估计不太现实。

Q：肝脏的血管构造影像提取是不是要造影？

A：肝脏的血管，有些CT里面也可以看到，多数要造影。

Q：模型您用什么机器打印的？导板用sls的？

A：多数是光敏树脂的机器，也有激光烧结的，和FDM的，只要是有数字三维模型就行。导板我们用的是进口的医用材料，如果用来临床，手术中用，我个人觉得用专门的医用材料更好，当然那个贵一点。

Q：这些都是用于临床手术的模型类打印，目前有没有运用活体细胞打印技术应用于医药大规模检测？

A：我所了解的，好像还没有。

来源：贝壳社（微信号：iBio4P）   作者：廖胜辉