軟骨組織應(yīng)力分析及其三維重建方法研究.pdf

1、生物力學(xué)的靈魂是應(yīng)力與生長，功能性適應(yīng)則是生物力學(xué)普遍規(guī)律。本文對體外培養(yǎng)軟骨組織及支架應(yīng)力特性的研究，是從微觀角度來研究應(yīng)力環(huán)境與體外培養(yǎng)軟骨組織的關(guān)系及其力學(xué)-生物學(xué)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。近年來，軟骨組織工程研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)脂肪干細(xì)胞在一定生長因子誘導(dǎo)下，可以轉(zhuǎn)化為軟骨細(xì)胞，給軟骨組織工程提供新的種子細(xì)胞。隨著組織工程技術(shù)不斷進(jìn)步，為臨床提供一種全新的治療關(guān)節(jié)軟骨缺損研究方向。利用計(jì)算機(jī)獲得軟骨組織三維仿真模型，不僅在影像角度實(shí)現(xiàn)了軟骨組織三

2、維可視化，還可利用仿真模型進(jìn)行軟骨組織力學(xué)特性仿真研究，對軟骨組織工程修復(fù)與再生有重要意義，可以為軟骨組織生物力學(xué)方面的研究工作提供方便。本文主要探究的是軟骨組織三維模型應(yīng)力分析的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)力分析和圖像三維重建。
　　本文以中國醫(yī)科大學(xué)骨科實(shí)驗(yàn)室探究體外培養(yǎng)軟骨組織及支架應(yīng)力特性的實(shí)驗(yàn)為背景，通過對實(shí)驗(yàn)深入調(diào)研及基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，利用醫(yī)學(xué)圖像處理、計(jì)算機(jī)仿真及軟件工程技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了軟骨組織三維重建及應(yīng)力分析系統(tǒng)。本文采用直

3、方圖均衡化、中值濾波及形態(tài)學(xué)濾波算法對圖像預(yù)處理，采用基于SIFT圖像拼接算法，Ray Casting算法，實(shí)現(xiàn)圖像拼接和三維繪制功能。
　　本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要功能模塊包括基于軟骨組織切片圖像的三維可視化模塊和軟骨組織及支架應(yīng)力分析兩部分。其中，三維可視化部分包括斷層圖像獲取與輸入、圖像濾波與增強(qiáng)、圖像拼接、斷層圖像插值及三維可視化等模塊;而應(yīng)力分析部分包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取與輸入、繪制數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖、數(shù)據(jù)曲線擬合等模塊。此外，分別對上述功