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断层扫描图像的三维重建及快速原型制造断层扫描图像的三维重建及快速原型制造引言：快速原型技术经过20多年的发展，已经发展得相当成熟。目前CT、MRI等断层扫描技术在诊断方面应用相当广泛。但是这些断层扫描的图片有其本身的局限性，二维图片往往让外科医生不能很好的对病理进行分析。翻阅大量的序列断层图片，不及将这些图片三维重建，将实体模型拿在手上进行分析得到的信息多。比利时Materialise公司开发的Mimics是连接断层扫描图片与快速原型制造的桥梁。图片的导入 针对目前标准的DICOM文件格式，Mimics提供了自动的导入功能。用户只需要在导入向导的指引下就可以导入整个目录下的文件或是部分文件。同时，还可以通过半自动的方式导入BMP和TIFF文件，手动的方式导入其他的文件。组织的提取及三维重建 导入原始的断层图片后，MIMICS会自动计算生成冠状面图和矢状面图。Mimics用三个视图来显示这三个位置的图片，并且这三个视图是相会关联的，可以通过鼠标和定位工具栏快速定位，如图1所示。右上角的图是原始的扫描图像，左上角和下角是由原始横断面图像计算生成的冠状面和矢状面图像。红线指示横断面图像的位置，黄线指示冠状面图像的位置，绿线指示矢状面位置。图1 Mimics的用户界面断层图片中，不同组织的灰度值不同，故此可以通过阈值来提取相应的组织，如图2所示。图 2 设置恰当的阈值提取组织从图中可以看出，着色的象素其灰度值落在阈值之间，故其被提取。准确的设置阈值是提取组织的关键，阈值提取组织的时候，可以通过看图，检查提取的组织是否合适。图3-A的阈值左区间设置得太低，故而提取了许多噪点。图3-B的阈值左区间设置得太高，故而有许多骨组织丢失。图3A 左侧阈值设置太低图3B左阈值设置过高Mimics会将提取的象素存放在一个蒙罩（Mask）里，同时Mimics提供一系列的工具编辑修改蒙罩，从而提取所需的组织。编辑好的蒙罩可以用来生成3D模型，这样就实现了2D断层扫描图片到三维实体的转换，如图4所示。图4重建的三维数字模型从2D扫描图片到三维模型的转换，这是Mimics处理医学断层扫描图像的第一步。Mimics与其他影像处理软件最大的不同之处是其提供了一系列模块，通过这些模块，可以将三维用来生产快速原型件、用于FEA分析、可以输出相应的CAD的信息为后续的假体/植入体设计提供参考数据。同时还可以在Mimics里，基于三维模型做手术的模拟，设计一些植入体。快速原型经过20多年的发展，这项技术已经发展得相当成熟，其制造精度和速度都有很大的提升。同时，快速原型制造的软件平台Magics也经过15年的发展，可以解决RP/RT/RM领域的几乎所有问题。Mimcs针对不同的需要，提供了不同的模块，解决不同用户的需求。针对快速原型制造，STL+和RP Slice模块是其提供的强有力的接口。通过STL+这个模块，Mimics就可以输出快速原型制造行业的标准STL文件，包括Binary和ASC两种存储方式的STL文件。同时还可以输出DXF、VRML、PLY、Single PLY、Point cloud文件，以满足不同用户的需要。通过RP Slice模块，Mimics就可以针对不同RP机器用来生产的切层文件格式需要，将三维模型输出为CLI、SLI和SLC格式的文件。RP设备读入这些切层文件，可以直接用于生产，图5为用快速原型技术生产的实物模型。Minics可输出格式图5快速原型制造的三维实物模型结论 快速原型技术在医学的应用将会越来越广泛，现在的三维建模技术也