小麦根系三维形态建模及可视化

作物三维形态建模和可视化技术是数字植物研究的重要组成部分,本文旨在构建基于形态特征参数的小麦根系三维形态模型,并实现小麦根系生长的可视化.基于小麦根系生长的可视化技术框架,首先构建了小麦根轴的三维显示模型,包括根轴生长模型、分枝几何模型和根轴曲线模型;然后结合根系拓扑结构,确定相应的图元,利用根系形态模型输出的形态特征参数,对整个小麦根系进行三维重构;最后基于OpenGL图形平台,综合纹理映射、光照渲染、碰撞检测等真实感处理手段,实现了小麦根系生长的三维可视化表达.结果表明：模型输出的根系真实感较强,能较好地实现不同品种、水分和氮素条件下小麦根系的三维可视化表达.研究结果为进一步建立完整的可视化小麦生长系统奠定了技术基础.     

上颌第一前磨牙三维模型的建立与研究

目的：建立上颌第一前磨牙三维模型,以辅助牙体解剖学数字化教学和指导临床根管治疗术。方法：对人离体上颌第一前磨牙通过ConebeamCT扫描,获得DICOM格式影像,将获得的影像定位后利用Mimicsl0．0三维重建软件采集牙釉质、牙本质及髓腔的点数据,然后将采集到的点数据导入到MagicslO．0软件进行面网格化,将网格化后的图像标本进行光滑处理后保存,再次利用MimicslO．0三维重建软件进行数据处理,最终获得清晰的牙体及根管系统三维立体图像。结果：准确的建立了包含牙釉质、牙本质、牙髓腔的三维立体模型。结论：本实验方法建立的上颌第一前磨牙的三维模型,具有极高的真实性和精确性,对辅助教学、指导临床根管治疗都具有重要意义。为牙体解剖教学和口腔临床应用提供了一种简捷而精确的建模方法。     

活体细胞三维图像科学可视化方法的研究

科学可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术,将科学计算过程中或者是计算结果的数据转换为图形或图像,在屏幕上显示出来并进行交互式处理的理论技术或方法。介绍了用反卷积荧光显微成像技术获得活体大鼠胰腺B细胞三维图像及对其进行科学可视化的主要过程和两种常用可视化算法,并运用这两种方法对所得到的三维图像进行处理以分析和研究细胞内分泌囊泡的空间分布。结果显示,当仅观察细胞三维图像的二维切片时,三维图像中的某些重要信息会被忽略,而使用科学可视化方法则可以从三维角度直观观察活体细胞内分泌囊泡的空间分布,并且可以观察到分泌囊泡的释放趋势和整体分布,从而为细胞生物学研究提供重要的信息。     

基于主成分分析的双对比光学投影断层成像

目的 本文提出了一种基于主成分分析（PCA）的双对比光学投影断层成像（DC-OPT）方法,以获得活体中血流网络和骨骼的三维可视化。方法 使用主成分分析方法来提取吸收图像和血流图像,原始图像序列的第一主成分用于获取吸收图像;通过计算每个像素的调制深度来获得流动图像。不同投影位置的流动和吸收对比图像被用于三维血流网络和骨骼的同步重建。结果 采用PCA和OPT相结合的方法,通过将动态血流信号和静态背景信号分离,实现了对微生物样本的血流网络和骨骼的三维成像。结论 本文研究的新颖之处在于通过同一光学系统获得了快速、同步、双对比的血流网络和骨骼三维图像。实验结果可用于活体生物的生理发育研究。     

成年树鼩骨骼系统CT三维可视化模型建立及分析

目的建立树鼩骨骼系统的三维可视化模型,为树鼩的骨骼系统疾病诊断提供依据。方法使用日本东芝Aquillon one 320排螺旋CT进行扫描,100 k V,80 m A,球管转数每转0.35 s,螺距1.35,图像为0.5 mm,层间隔为0.5 mm,使用骨算法重建。在并行计算环境中采用Vitrea软件包,选择Musculoskeletal CT选项,采用容积成像(VR)、多平面成像(MPR)、曲面成像(CPR)技术进行三维重建。结果重建后的可视化模型结构明显、清楚,可以真实地在计算机中重现出树鼩的骨骼系统三维模型。在此模型中,在头骨背面可见五条隆起的嵴,侧面观可见四个大孔:位于前端的外鼻孔、前颌骨后上方的眶下孔、由颧弓所范围着的眼窝和鼓泡外侧的外耳道。此外,可见一些较小的头骨孔,如视神经孔、颌下神经孔。利用该成像技术可定量测定各主要骨骼的长度、前后径、左右径和身长、尾长等数据。尤其是还获得了以往通过解剖难以测量准确的数据:如腭长、臼齿列长等较细微的数据,以及解剖不易获得脊椎前后径及左右径的数据。同时还利用三维可视化技术发现了树鼩存在有骨盆形态不对称、胸廓增大、骨折、跟腱周围滑膜囊钙化的骨骼异常情况。结论所建立的CT三维可视化技术可确定树鼩骨骼系统的特殊特征,对树鼩骨骼系统无侵入性的生态分类、鉴定、进化分析均有重要意义。     

基于VTK的医学图像三维可视化系统

医学图像的三维可视化可以通过可视化工具包（VTK）提供的API实现。VTK是医学图像可视化的开法工具包,它把可视化的算法封装起来,利用简单的代码生成所需图形。基于VTK的医学图像三维可视化系统阐述了如何借助VTKAPI读入二维医学图像序列、操作二维图像、重建三维图像以及进行三维图像可视化的全套方案,为临床医生的诊断、治疗提供了有益的途径。     

ATOM 1.0:基于GPU的电子断层重构软件

电子断层成像技术能够在纳米尺度下重构出不具有全同性的细胞或大分子的三维结构,正受到越来越广泛的重视。针对现有电子断层成像技术中重构软件的不足,特别是迭代重构算法速度慢的缺点,我们开发了一款基于Graphic Processor Unit(GPU)平台的电子断层重构软件——ATOM,实现了图像对位、重构参数计算、三维重构及数据可视化等电子断层重构的基本功能。其中,在二维对位方面,ATOM实现了迭代的无标记平移和旋转对位;在三维重构方面,实现了背投影和多种迭代重构算法,并实现了迭代重构在GPU平台上的并行加速,获得了良好的加速比,如SIRT算法得到了47倍加速比。ATOM是绿色开源软件,可以运行在支持Qt和CUDA的所有操作系统上。ATOM为图形界面软件,结合详尽的安装及使用文档,便于用户使用。     

肱骨有限元模型建立及生物力学分析

目的:以成人肱骨为例,将医学图像三维重建技术和有限元方法结合应用于正骨手法研究,建立正常肱骨有限元模型,验证模型的有效性并进行生物力学分析。方法:选择一位青年男性志愿者,对其上肢自尺桡骨上端至肱骨头进行连续断层扫描,得到CT图像,将CT数据导入MIMICS软件中,通过图像分割、三维重建和材料属性赋值,构建正常肱骨有限元模型,利用ANSYS软件进行力学分析,与文献中肱骨的生物力学数据相比较,以此验证模型的有效性。结果:建立了正常肱骨三维几何模型和有限元模型。利用ANSYS软件,对模型进行了有效性验证。所建模型物理特性与真实骨骼相近,能很好地反映骨骼的力学变化,实现手法的定量分析。结论:所建立的肱骨模型外形逼真、在不同载荷下的应力值与相关文献一致,可用作中医仿真系统中的虚拟骨折模型。     

赛加羚羊头骨的三维重建研究及其精确度评价

为建立赛加羚羊（Saiga tatarica）头骨三维可视化模型,进一步研究赛加羚羊头骨的解剖特征,建立赛加羚羊头骨的“数字化标本”,以提高其疾病诊治的准确率和物种保护的有效性。本研究以国家林业局甘肃濒危动物保护中心的赛加羚羊为研究对象,经锥形束CT扫描获得影像数据,运用MIMICS 20.0软件对赛加羚羊头骨扫描数据进行处理和三维重建,以建立赛加羚羊的“数字化头骨”用于形态研究。运用MIMICS 20.0软件对数字化头骨的26项形态学指标（n = 8）进行三维测量,且与头骨标本游标卡尺的测量值（n = 8）进行配对样本t检验分析,经与真实测量值比较后评价数字化模型及其三维测量的准确性。结果显示,26项形态测量指标均与真实头骨无显著性差异（P > 0.05）,例如颅全长游标卡尺测量值为（227.147 ± 10.646）mm,三维测量值为（227.130 ± 10.638）mm,P = 0.635,表明三维重建后的数字化头骨和真实的头骨标本高度相似,且“数字标本”能够实现任意角度的旋转、剖切和测量。本研究可为赛加羚羊头部疾病如骨折等的治疗及骨骼系统的三维可视化研究提供基础依据和技术支撑,同时可为CT扫描和医学图像三维可视化技术在野生动物的临床应用和相关研究提供理论基础。     

三维超声心脏图像的模糊聚类分割

采用三维超声心动图对小儿先天性心脏病进行诊断与治疗能达到比传统二维超声心动图更直观的效果。然而由于超声图像质量较差,三维超声心动图的可视化效果往往无法达到医生的要求。本文对三维超声心脏图像进行分割,以改进超声图像的可视化效果,并为参数提取等提供基础。首先采用快速的模糊c均值聚类得到初始分割结果;然后利用图像多分辨率技术进行修正;接着结合图像的对比度进行进一步的分割;最后,把处理后的图像用绘制的方法显示出来。本文的结果对超声图像的可视化效果有一定的改善.