Mimics软件临床应用 计算机辅助外科入门技术PDF电子书下载

第1章 计算机辅助外科之钥匙——Mimics软件 1

一、数字医学——信息技术与医学科学的融合 1

二、计算机辅助外科的灵魂——医学影像三维建模 4

（一）计算机辅助外科的发展 4

（二）计算机辅助外科的机遇与挑战 6

三、医学影像的梦工厂——Mimics软件 9

（一）常用软件及Mimics的特点 9

（二）Mimics软件在医学中应用简介 10

（三）Mimics软件设计流程或思路 12

（四）Mimics软件界面 18

第2章 认识Mimics基础模块——强大的体数据浏览功能 26

一、医学数字图像基础知识 27

（一）灰度图像、彩色图像及图形 27

（二）像素、分辨率与像素尺寸 29

（三）颜色深度 29

（四）图像格式 31

（五）数字医学图像传输与储存标准——DICOM 33

二、连续断层图像输入 34

（一）Mimics输入模块（import module） 34

（二）Dicom输入程序（dicom imput application） 34

（三）图像输入前的准备 34

（四）自动导入DICOM格式图像 36

（五）手动导入DICOM格式图像 38

（六）自动导入BMP或TIFF格式图像 41

（七）项目管理（保存、另存为、打开及关闭） 42

三、窗宽窗位及调整 42

（一）Hounsfield值 42

（二）调整窗宽窗位 43

四、图像增强 45

（一）伪彩（pseudo color） 45

（二）滤波（filter） 47

五、重组正交断层浏览 49

（一）不同的视口（the different views） 49

（二）导航（navigation） 50

六、重组任意断层浏览 53

（一）在线重切片（online reslice） 54

（二）重新切割项目（reslice project） 57

七、体渲染 60

（一）体渲染的参数 61

（二）Mimics软件的体渲染 62

八、断层图像测量及灰度值统计 64

（一）测量距离 64

（二）测量角度 65

（三）测量矩形区域像素灰度值 66

（四）测量椭圆区域像素灰度 67

（五）像素沿自定义线段灰度值曲线图 68

（六）体素灰度值直方图 71

第3章 医学三维重建之基石——Mimics图像分割 73

一、医学图像分割的特点 73

（一）医学图像分割困难的原因 75

（二）笔者的经验与建议 76

二、关于图像分割的几个基本概念 77

（一）蒙板（Mask） 77

（二）邻域与邻接 78

（三）像素的连接与连通区域 80

三、Mimics图像分割工具 80

（一）阈值分割（thresholding） 81

（二）区域增长（region growing） 83

（三）动态区域增长（dynamic region growing） 84

（四）3D磁性套索（3D LiveWire） 85

（五）形态学操作（morphology operations） 88

（六）布尔操作（boolean operations） 90

（七）空腔填充（cavity fill） 91

（八）编辑蒙板（editing masks） 93

（九）多层编辑（multiple slice edit） 94

（十）蒙板三维编辑（edit mask in 3D） 97

（十一）蒙板光顺（smooth mask） 99

（十二）裁剪蒙板（crop mask） 99

（十三）计算轮廓线（calculate polylines） 101

（十四）更新轮廓线（update polylines） 101

（十五）其他间接的蒙板编辑方法 102

四、分割实例——骶骨分割 102

第4章 计算机辅助外科之核心——Mimics三维重建 111

一、三维重建与可视化基础知识 111

（一）体数据与医学连续断层影像数据 111

（二）断面和投影 113

（三）体素化与三维重建 113

（四）体数据可视化 114

（五）基于体素与基于轮廓三维重建比较 114

（六）STL格式 115

二、Mimics三维重建 117

（一）计算3D模型（calculate 3D） 117

（二）3D模型优化（modifying triangulated files） 120

（三）3D模型文件管理 121

（四）导出3D模型（exporting triangulated files） 124

（五）导入STL格式的3D模型（import STL） 125

三、3D模型浏览 125

（一）3D模型浏览工具栏（3D toobbar） 125

（二）剖切（clipping） 127

四、3D模型测量及标注 129

（一）三维模型表面两点最短距离测量（sh ortest distance over surface） 129

（二）Pore Analysis模块孔隙分析 130

（三）文本注释（add text annotations） 133

五、三维重建实例——骨盆骨骼 135

（一）骨盆骨骼三维重建 135

（二）骨盆骨骼模型组合显示 143

（三）骨盆骨骼体渲染显示 144

（四）骨盆骨骼模型剖切显示 144

第5章 医学影像与计算机辅助设计之桥梁——MedCAD模块 148

一、轮廓线（polylines） 149

（一）计算轮廓线（calculate polylines） 149

（二）轮廓线生长（Polyline Growing） 150

（三）轮廓线导出为IGES文件 152

（四）蒙板（mask）、轮廓线（polyline）和3D模型（3D object）关系 152

二、MedCAD模块 153

（一）点（Point） 153

（二）线（Line） 154

（三）圆（Circle） 155

（四）圆球（Sphere） 156

（五）平面（Plane） 156

（六）圆柱（Cylinder） 158

（七）NURBS曲线（freeform curves） 158

（八）NURBS曲面（freeform surfaces） 160

（九）中心线（freeform tree） 161

（十）查看和导出中心线及相关参数 161

（十一）3D视口中标注中心线测量参数 163

（十二）修剪中心线末端（cut centerline ending） 165

（十三）CAD模型文件管理 165

（十四）CAD对象导出为IGES文件 166

第6章 虚拟手术规划与解剖学测量——Simulation模块 167

一、空间解析儿何基础知识 168

（一）三维模型的刚体变换 168

（二）平面方程 170

（三）直线方程 170

二、解剖学测量分析 170

（一）股骨颈颈干角和前倾角测量规划 171

（二）创建测量模板（creating a new template） 177

（三）开始测量（getting started） 183

三、三维模型的坐标变换 186

（一）三维模型刚体变换的交互式实现 187

（二）平移和旋转（move and rotate） 188

（三）变换矩阵（transform） 192

（四）配准（registration） 193

（五）重定位（reposition） 200

四、三维模型的编辑修改 205

（一）切割（Cut） 205

（二）合并（Merge） 211

（三）分离（Split） 211

（四）镜像（Mirror） 212

（五）布尔（Boolean） 213

（六）缩放（Rescale） 213

五、颅颌面截骨牵引虚拟手术规划 214

（一）截骨 214

（二）放置牵引器（place distractor） 215

（三）使用牵引器（reposition with distractor） 217

（四）软组织形变模拟（soft tissue） 218

（五）三维模型贴图（photo mapping） 220

六、虚拟手术规划实例——股骨颈骨折拉力螺钉固定 221

（一）股骨颈骨折拉力螺钉置钉要求 222

（二）基于股骨颈轴线重新切割项目 222

（三）模拟置钉 227

（四）虚拟手术规划 230

第7章 医学有限元分析前处理之利器——FEA模块 235

一、有限元分析基础知识 235

（一）有限元软件分析流程 236

（二）区分几何图形与有限元网格 236

（三）FEA模块功能概述 238

二、网格优化 239

（一）Remesh模块用户界面 239

（二）检视页面（inspection page） 241

（三）网格优化一般步骤（remeshing protocol） 243

（四）自动优化（auto remesh） 244

（五）过渡优化（growth control） 246

（六）保持质量三角网格缩减（quality preserving triangle reduction） 247

（七）手工优化（manual remeshing） 249

三、创建非流形网格 253

（一）基于相邻蒙板创建非流形网格 253

（二）Remesh模块中创建非流形装配（create non-man-ifold assembly） 254

（三）Remesh模块中分离非流形（split non-manifold assembly） 256

四、创建有限元网格 257

（一）基于蒙板计算体网格 258

（二）基于三角面片模型创建体网格 259

（三）基于体网格表面抽取表面 260

（四）转换四面体单元类型 260

（五）分析有限元网格质量 261

五、赋材质 262

（一）均匀赋值（uniform） 263

（二）查表赋值（look-up file） 265

（三）蒙板赋值（mask） 266

（四）材料属性编辑（material editor） 267

（五）查看赋值结果 268

（六）有限元软件接口 269

六、有限元前处理实例——股骨-假体有限元模型的建立 271

（一）创建股骨和假体三维模型 271

（二）创建非流形装配 272

（三）股骨-假体装配体网格优化 274

（四）股骨-假体装配体划分体网格 277

（五）股骨-假体有限元模型赋材质 278

第8章 医学影像与快速成型之捷径——RP Slice模块 282

一、快速成型基础知识 284

（一）快速成型原理 284

（二）常用的快速成型工艺 284

（三）支撑文件 285

二、输出快速成型轮廓文件 286

三、输出快速成型支撑文件 292