快速成型在組織工程骨骼修復的應用研究.pdf

1、組織工程是綜合利用生命科學和工程學的基本原理和技術，以人工合成或天然生物材料為載體，整合分離的種子細胞，在體外預先構建有生命的種植體，然后植入體內，以修復組織缺損，替代或重建器官的結構，維持或改善組織器官功能的一門新興邊緣學科。組織工程研究主要包括支架材料，細胞生物學，生物醫(yī)學性能與安全性評價等方面的內容。本文立足于組織工程學中圖像處理及新型的快速成型技術的研究。涉及細胞圖像分割、細胞組織形態(tài)的分析以及圖像表面重建等，具有客觀性強、重復

2、性好、量化指標準確的特點；同時針對組織器官的修復和再生，把CT圖像序列三維重建與快速成型相結合，提供組織三維形態(tài)模型的構建。本文的研究工作及創(chuàng)新點如下： 1、組織細胞的分割方法在常規(guī)醫(yī)學圖像分割方法的基礎上；針對不同的應用，對于培養(yǎng)細胞，分別提出了三種不同的分割方法：提出了基于裁剪技術的算法，該方法主要采用閾值技術適用于細胞顆粒清晰飽滿的情況，具有良好的效果。該方法通過對二值圖像進行各種邏輯運算來實現(xiàn)圖像區(qū)域的分割。通過實驗，顯

3、示該技術對去除附著于細胞體周圍的背景區(qū)域，分離多個相互粘連的細胞體是有效的；對于細胞邊界較模糊、顆粒不太清晰的情況，采用綜合的分割方法，如CANNY邊緣檢測和多尺度小波方法相融合，提高了邊緣檢測的準確度。該方法首先用基于Mallat小波模極大值的尺度獨立邊緣檢測方法，結合Canny和Marr算子，利用不同的權值實現(xiàn)細胞分割。該方法對于邊緣不清晰的細胞具有良好的分割效果；提出了定點snake活動輪廓方法，在半自動獲得初始輪廓的基礎上，利用

4、可確定的圖像點，加快輪廓的收斂速度，在速度和準確度上取得良好的效果。該方法首先利用基于小波的尺度獨立邊緣檢測方法；然后采用形態(tài)學和樣條擬合方法得到的單像素的邊界作為snake算法的初始輪廓，最后通過迭代和結合圖像固定點的外部約束力使輪廓收斂至最終的邊界。 2、序列圖像分割方法利用切片圖像近鄰性和相似性，提出了基于活動輪廓的圖像序列分割算法；基于Mumfold-Shah模型的C-V方法獲得首張切片精確邊界的基礎上，采用參數(shù)形變sn

5、ake模型進行切片序列的自動分割，加快輪廓的收斂速度。針對分割中出現(xiàn)的“泄漏”現(xiàn)象，提出了利用切片圖像的相似性加速活動輪廓收斂的方法，并定義一個輪廓相似度判斷是否重新初始化輪廓。該方法能夠很好地實現(xiàn)序列圖像的半自動分割，充分利用了活動輪廓的參數(shù)形變和幾何形變的優(yōu)點，提高了輪廓的收斂速度。利用幾何形變拓展性強的特點來保證初始輪廓準確度，應用參數(shù)形變來加快收斂速度，從而最大程度減少人工參與。 3、基于分割的三維可視化提出了一種基于二

6、維分割的NMC*(NewMarchingCubes)算法，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)集的體視化。利用序列分割時進行數(shù)據(jù)檢測保存的與等值面相交的立方體信息進行表面跟蹤，減少了數(shù)據(jù)的重復檢測，有效地縮短了算法的運行時間，同時對三角面片之間的公共邊等冗余信息進行簡化共享處理，節(jié)省了數(shù)據(jù)的存儲空間，提高了算法的效率。 4、快速成型技術研究了快速成型技術與組織器官再造的關系，特別是骨組織工程。討論了STL文件的優(yōu)化，利用三維重建技術構造組織工程的缺損器官