醫(yī)用3D打印技術(shù)關(guān)鍵算法研究與軟件系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、近年來3D打印技術(shù)發(fā)展迅猛，在臨床醫(yī)學(xué)診斷、治療和培訓(xùn)中的應(yīng)用日益廣泛。相比于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)，3D打印技術(shù)的使用可使臨床醫(yī)學(xué)診斷更為精確高效，治療更加方便快捷?；?D打印的個(gè)性化植入物設(shè)計(jì)制造加工技術(shù)使得現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的個(gè)性化、精確化與微創(chuàng)化成為可能。另一方面，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了影像醫(yī)學(xué)學(xué)科的進(jìn)步，處理的速度更快、精度更高、更加智能化，在臨床診斷、手術(shù)規(guī)劃方面的重要性日益增加。本文對(duì)3D打印系統(tǒng)的兩個(gè)重要方面—醫(yī)學(xué)圖像分割與3D打印軟件關(guān)鍵

2、算法進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)出醫(yī)用3D打印軟件MPrinter。
　　圖像分割是醫(yī)學(xué)圖像處理的基礎(chǔ)，也是研究的難點(diǎn)和重點(diǎn)，尤其是膝關(guān)節(jié)軟骨的圖像分割，多年來一直是研究的熱點(diǎn)。由于膝關(guān)節(jié)軟骨的MRI圖像邊界狹窄模糊、特征不明顯，已成為影像醫(yī)學(xué)具有挑戰(zhàn)性的難題。本文應(yīng)用基于模型的ASM(Active Shape Model，主動(dòng)形狀模型)算法，實(shí)現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)軟骨的半自動(dòng)化圖像分割，首先對(duì)大量的軟骨圖像樣本進(jìn)行訓(xùn)練，獲得軟骨區(qū)域的位置

3、特征；然后在軟骨輪廓上構(gòu)建局部特征，描繪其邊界紋理；最后對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行搜索，進(jìn)而構(gòu)建出完整的軟骨區(qū)域。同時(shí)使用Dice系數(shù)對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最高可得到0.62的中等分割精度。
　　在3D打印軟件方面，在Visual Studio平臺(tái)上以Qt、VTK與CTK等開源軟件庫，開發(fā)了適用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用的3D打印軟件MPrinter，主要研究工作包括：
　?。?）實(shí)現(xiàn)了STL格式文件的3D打印切片功能，并對(duì)切片算法進(jìn)行優(yōu)化，提高了切片

4、速度和穩(wěn)定性；
　?。?）開發(fā)出支撐結(jié)構(gòu)最優(yōu)化算法，可用于計(jì)算支撐結(jié)構(gòu)投影面積最小的打印方向；
　　（3）對(duì)FDM技術(shù)中奇異結(jié)構(gòu)的支撐生成問題進(jìn)行了研究，提出了可覆蓋懸吊結(jié)構(gòu)與懸垂結(jié)構(gòu)的支撐生成算法；
　?。?）提出了多噴頭多模型切片算法，可用于軟硬組織的同步打印。
　　本文研究成果將醫(yī)學(xué)圖像處理與3D打印軟件結(jié)合起來，為醫(yī)學(xué)可視化提供了新的思路，同時(shí)提高了3D打印的效率和質(zhì)量，具有一定的理論價(jià)值與實(shí)際應(yīng)用意義。