基于醫(yī)學圖像的膝關節(jié)前交叉韌帶重建手術的仿真.pdf

1、膝關節(jié)鏡手術是目前重建前交叉韌帶的有效方式之一，但是由于關節(jié)鏡的一些限制，例如與傳統(tǒng)手術不一樣的觀察方式，較高手眼協(xié)調(diào)能力等，導致該手術操作難度大，培訓困難，醫(yī)生需要經(jīng)過長時間的培訓才能熟練掌握手術的操作。虛擬手術為膝關節(jié)鏡手術提供了一種新型的手術訓練方式，它不僅可以提高培訓的效率，還能降低相關的培訓費用。如何構建逼真的虛擬手術環(huán)境以及手術過程的模擬是虛擬手術開發(fā)的關鍵，本文采用三維重建的方法構建膝關節(jié)的三維模型并利用虛擬現(xiàn)實軟件對手術

2、過程進行模擬。主要對以下方面進行了研究：
　　 (1)構建虛擬手術環(huán)境。由于膝關節(jié)是人體最大且最復雜的關節(jié)之一，為了獲得逼真的膝關節(jié)三維模型，對膝關節(jié)的CT與MRI圖像進行三維重建。根據(jù)CT圖像層次分明的特點，采用閾值分割與區(qū)域生長對圖像進行分割，提取股骨、脛骨以及髕骨等區(qū)域。由于MRI圖像的各區(qū)域的區(qū)分不明顯，但是半月板與前交叉韌帶在圖像序列中所占的張數(shù)較少，所以采用手動分割進行半月板與前交叉韌帶的提取。將處理過后的圖片導入M

3、imics軟件中進行三維重建，獲得了逼真股骨、脛骨、髕骨、半月板、前交叉韌帶的三維模型。
　　 (2)研究VTK的開發(fā)流程，使用VTK開發(fā)包進行面繪制系統(tǒng)的初步開發(fā)，完成CT圖像的讀入，并根據(jù)設定的等值面值進行等值面的提取，實現(xiàn)了面繪制，為以后將三維重建與手術仿真相結合打下了基礎。
　　 (3)為了提高手術操作的真實性，細致研究了前交叉韌帶重建手術中的每個過程，利用Eon Studio軟件進行仿真手術的開發(fā)，實現(xiàn)了虛擬監(jiān)