虚拟中国人男性一号(VCH—M1)数据集研究(英文)

目的构建男性虚拟中国人0.2 mm等间距数字图像数据集,并通过改进人体标本处理工艺,提高“虚拟中国人(男性)”数据集的质量。方法材料选自遗体捐献中心,为食物中毒急性死亡的24岁男性,经石炭酸+朱砂动脉灌注、低温盐水定型、预制冰渣倒立包埋、一次装夹、连续等间距铣削等一系列处理后,采用数码相机照相和计算机自动存储获取数据集。结果共获得分辨率为3 024×2 016象素的断面9232片,TIF格式数据集容量为161.56G。另获JPG格式数据集两个,分别为:分辨率3 024×2 016 像素,容量为8.31 G;分辨率180×120 像素,容量为0.74 G。图像组织边界清晰、肢体变形较小,断面标记明显。结论虚拟中国人男一号(VCH—M1)数据集的质量有进一步的提高,为后续的计算机图像处理和有关应用开发提供了质地优良的基础条件。

“虚拟中国人”(VCH)数据采集技术研究

目的 :为 863项目“数字化虚拟人体若干关键技术”提供人体切片建模数据采集所涉及的多项综合技术。方法 :对“虚拟中国人”(VirtualChineseHuman ,VCH)铣削加工设备的标准构件进行调研基础上 ,提出新的设计和组装方案 ,确定工艺路线 ,实施调试。结果 :与国际上现已报道的VHP和VKH两个数据集相比 ,新研制装置将卧姿固定和切削 ,改为立姿固定和切削 ;采取工作台上直接冻存 ,改进了异地冻存多次装夹所造成的数据丢失 ;构建了以往没能重点显示的血管系统 ;将切削间距精度由 0 .3 3mm和 0 .2mm提高到 0 .1mm .。结论 :“虚拟中国人”的数据采集技术 ,有更高精度、更便于操作、更真实的血管显示。

Virtual Temporal Bone Anatomy

Background The Visible Human Project(VHP) initiated by the U.S. National Library of Medicine has drawn much attention and interests from around the world. The Visible Chinese Human(VCH) project has started in China. The current study aims at acquiring a feasible virtual methodology for reconstructing the temporal bone of the Chinese population, which may provide an accurate 3-D model of important temporal bone structures that can be used in teaching and patient care for medical scientists and clinicians. Methods A series of sectional images of the temporal bone were generated from section slices of a female cadaver head. On each sectional image, SOIs (structures of interest) were segmented by carefully defining their contours and filling their areas with certain gray scale values. The processed volume data were then inducted into the 3D Slicer software(developed by the Surgical Planning Lab at Brigham and Women’s Hospital and the MIT AI Lab) for resegmentation and generation of a set of tagged images of the SOIs. 3D surface models of SOIs were then reconstructed from these images. Results The temporal bone and structures in the temporal bone, including the tympanic cavity, mastoid cells, sigmoid sinus and internal carotid artery, were successfully reconstructed. The orientation of and spatial relationship among these structures were easily visualized in the reconstructed surface models. Conclusion The 3D Slicer software can be used for 3- dimensional visualization of anatomic structures in the temporal bone, which will greatly facilitate the advance of knowledge and techniques critical for studying and treating disorders involving the temporal bone.

“虚拟中国人”建模的动脉灌注研究

目的 :为“虚拟中国人”建模提供动脉显示方案。方法 :将 10只大白兔随机分为 5组 ,每组 2只 ,1组为对照组 ,其余 4组麻醉后分别灌入淀粉、水、水彩颜料 ;蛋清、油画颜料、乙酸乙酯 ;香柏油、朱砂 ;明胶、朱砂、淀粉 4种不同配制的填充剂 ;每组中取 1只放入 -2 0℃冰箱中冻存 ,2d后锯切观察 ,另 1只直接打开胸腹腔观察。结果 :淀粉、水、水彩颜料组有渗出 ,锯切面动静脉颜色对比明显但动脉边界不清 ;蛋清、油画颜料、乙酸乙酯锯切面对比明显 ,但动脉管腔中留有“空泡” ;香柏油、朱砂组胸腹腔动静脉对比明显 ,但锯切面有填充物渗出 ;明胶、朱砂、淀粉组锯切面干净 ,颜色对比明显 ,胸腹腔动脉饱满无渗出。结论 :明胶 +朱砂 +淀粉是数字化虚拟人体较理想的动脉显示填充剂。

“虚拟中国人”建模动脉灌注液浓度的选择

目的 :为“虚拟中国人”建模的动脉灌注液选择适宜浓度。方法 :以明胶、朱砂、淀粉为灌注液 ,分别配制为低浓度组 (按 2 0 %、10 %、10 %比例配制 )、中浓度组 (比例为 3 0 %、10 %、10 % )和高浓度组 (比例为 3 0 %、10 %、2 0 % ) ,通过对大白兔的动脉灌注 ,观察动脉显示的效果。结果 :低浓度组的动脉显示过密 ,腹腔脏器红染 ,影响清晰度 ;中浓度组动脉显示良好 ;高浓度组灌注不顺畅 ,动脉显示不全。结论 :按 3 0 %明胶、10 %朱砂和 10 %淀粉的比例 ,是“虚拟中国人”动脉灌注建模的适宜浓度。

“虚拟中国人Ⅰ号”铣削前尸体材料的预处理

目的 :保证“虚拟中国人”(VirtualChineseHuman ,VCH)数据集的质量 ,提高数据集中血管显示的对比度。方法 :利用发泡剂将尸体有效地固定 ;对新鲜尸体行CT扫描间隔为 1mm、MRI扫描间隔为 2mm ;进行全身血管灌注。结果 :采集得到清晰的CT图像 172 0幅、MRI图像 780幅 ,分别向头部灌注约2 0 0ml ,向心灌注 2 5 0 0ml填充剂。结论 :“虚拟中国人Ⅰ号”在CT、MRI图像质量方面优于VHP(VisibleHu manProject ,) ,预处理为铣削、组织切片的图像采集及将来的血管显示打下良好基础。

“虚拟中国人男性一号”高精度骨骼系统的三维建模

目的:建立人体整体骨骼系统的高精度三维模型,为解剖教学、生理模拟等应用提供三维数据集。方法:采用虚拟中国人男性一号(VirtualChineseHumanMaleNo.1)的2000万像素的高分辨率切片数据,使用半自动交互方法对全身骨组织进行分割和标识,使用并行三维重建算法对海量的全身骨骼数据进行快速的三维建模。结果:建立了高质量的全身骨骼三维模型;通过初步的细分,实现了单块骨骼的单独与任意组合显示。结论:在高分辨率的切片数据基础上,通过精细分割,建立了高精度的骨骼系统三维模型。

“虚拟中国人Ⅰ号”的动脉灌注

目的 :在“虚拟中国人Ⅰ号”建模前对其动脉进行灌注填充 ,使其能与静脉区分。方法 :一侧颈总动脉双向插管 ,按 40～ 45ml kg体重的灌注量 ,以 4.0× 10 4 Pa的灌注压力 ,灌注红色填充剂。结果 :共灌入填充剂 2 70 0ml。结论 :为“虚拟中国人I号”赋加了动脉显示特色。

数字虚拟中国人男性一号循环系统的三维建模

目的建立虚拟中国人男性一号血管灌注循环系统的三维模型,为解剖教学以及临床虚拟手术研究提供三维数据模型。方法对数字虚拟中国人男性一号样本进行血管灌注,对获取的彩色断层图片进行空间配准和半自动交互分割,对分割后的数据通过并行算法进行快速三维重建处理。结果对灌注后的动静脉血管和心脏建立了三维模型;通过组合动脉和静脉以及心脏模型获得了全身循环系统的三维模型,弥补了数字化虚拟人体血管模型的空白。结论经过样本的动脉灌注处理之后,在获取高分辨率的切片数据的基础上,建立了精确、完整的血管模型。

虚拟中国人女性一号图像数据的配准

目的解决中国数字化女性虚拟人图像数据三维重建前的配准问题。方法根据图像数据特点,应用基于外置标记点和基于轮廓比较的最小二乘法两种方法进行参数计算,依参数对图像进行刚体变换处理完成配准。结果使用这两种方法对数据集图像进行配准处理,达到了预期效果。结论这两种方法能够实现此数据集图像的精确配准,而且具有运算量小且易于编程实现的特点。

数字化人体标本的遴选

目的 :为数字化虚拟中国人的标本遴选 ,建立中国人体标准度评价体系。方法 :根据人类学特征、体表测量和染色体鉴定 3类指标建立了中国人体标准度的评价体系 ,并对中国首例“虚拟中国人Ⅰ号”用于人体建模的男性材料进行评价。结果 :建立了符合数字化虚拟人体的中国人体标准度评价体系。“虚拟中国人Ⅰ号”评价的标准度为 92 %。结论 :本文建立的中国人体标准度评价体系能够满足数字化虚拟中国人标本遴选需要。

基于中国数字化人体的虚拟解剖学系统的建立

目的:研究数字化虚拟解剖系统有效地解决解剖学教学中面临的标本奇缺、标本破坏、教学环境限制等众多问题。方法:基于中国数字化人体数据集(CVH),联合山东数字人科技股份有限公司,通过数据分割、计算机三维重建、模型平滑贴图和软件系统构建开发,构建了中国首套基于真实人体数据的虚拟解剖系统。结果:该虚拟解剖系统包括断层解剖、系统解剖和局部解剖模块,提出了新的解剖学教学模式和教学理念,使医学生和低年资医生能随时随地进行系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学甚至神经解剖学等多项课程的学习以及临床手术培训。结论:该软件系统操作环境舒适,无福尔马林等有害物质的吸入,能充分保障解剖学教学质量,提高学员学习效率,增强学习兴趣,提高学员三维空间想象能力,能带来新的一轮解剖学教学革命。

基于虚拟人合成技术的中国手语合成方法

介绍了一种中国手语合成方法,实现了文本到中国手语的自动翻译,并使用虚拟人合成技术,实现了中国手语的合成与显示,以此帮助聋人与听力正常人之间实现自然交流.在该方法中,首先应用两只数据手套和3个6自由度位置跟踪器,基于运动跟踪的原理,记录真实人体演示每个手语词的运动数据,建立一个初始的手语词运动数据库.然后,应用一种基于控制点的人体运动编辑方法,对每个手语词的运动数据进行编辑与微调,最后得到一个高质量的手语词运动数据库.当给定一个文本句子时,应用人体运动合成方法,对每个手语词的手语运动片段进行拼接合成,最终生成一个完整的手语运动,并基于VRML的人体运动显示方法将合成的运动逼真地显示出来.基于该方法,在PC/Windows/VC6.0环境下实现了一个中国聋人手语合成系统.该系统采集了《中国手语》(含续集)中收录的5 596个手语词,可以合成一般生活与教学用语.经聋校的老师和学生确认,合成手语准确逼真,可以广泛应用于教学、电视、Internet等多种大众媒体,帮助聋人参与其他听力正常人的活动,具有广泛的应用前景和重要的社会意义.

建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型

目的针对数字化虚拟中国男性一号的膝关节断面切片图像,建立可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型。方法将中国数字化虚拟人体男性一号膝关节部位的薄层切片数码图像输入PC机,经过分割、配准等处理后,利用三维重建软件Mimics建立三维图像,然后通过自由造型系统进行表面光滑处理,再对表面图像矢量化,存储为有限元仿真分析可以接受的格式。结果建立了人体膝关节的三维计算机模型,并转换为IGES格式,可以提供膝关节的有限元生物力学仿真分析。结论利用Mimics重建后的三维计算机模型,可经自由造型系统FreeForm plus转换后应用于有限元仿真分析。

虚拟中国人切削技术研究

目的提高虚拟中国人标本的断面切削质量和延长刀具的寿命。方法比较立装和平装结构可转位铣刀盘与相应的专用可转位刀片对标本断面的切削效果。结果立装结构的可转位刀具较平装结构的可转位刀具更适合标本断面的切削。结论虚拟人数据采集切削作业中,立装可转位铣刀盘具有切削质量好、效率高、刀具寿命长和成本低等优点。

“虚拟中国人男性一号”多模态图像配准

目的:解决"虚拟中国人男性一号"CT图像、MRI图像与断层切削图像之间的多模态图像配准问题。材料和方法:根据这三种图像的特点,选择CT图像为基准图像,在对MRI图像进行配准时,通过求解两幅图像梯度特征的最大互信息,搜索出最佳配准参数;在对断层切削图像进行配准时,采用基于解剖结构特征提取的配准方法获取最佳配准参数;最后,根据所得配准参数对待配图进行变换,从而达到配准目的。结果:对头部三种模态图像数据集进行了配准,与高精度手工分割图像数据集进行对比,配准正确率达到95.8%。结论:配准结果准确,解决了"虚拟中国人男性一号"多模态图像配准问题,为数字化虚拟人多模态图像配准提供了参考。

虚拟中国人关键技术的研究

目的 探索虚拟中国人 (VCH)高精度建模的关键技术。 方法 1 建立中国人体标准的评价体系 ,对“虚拟中国人”Ⅰ号及Ⅱ号 (VCHⅠ及VCHⅡ )进行标准化评定 ;完成尸体获取的法律程序 ;2 应用CT、MR和发泡包埋技术对VCHⅠ及VCHⅡ进行切削前预处理 ;3 用动脉灌注的方法对材料的动脉血管进行标记 ;4 用自行设计的冷冻工作间和切削设备对人体材料进行切削和图像采集。 结果 人体材料保持了正常形态 ,预切间距可达到0 1mm ,最小切削间距可达到 0 0 2mm ,可对人体材料进行一次装夹连续切削。

数字化虚拟人体的研究进展

人体信息的数字化是将医学与信息技术、计算机技术、虚拟现实技术相结合的科技前沿性研究课题,是一项信息技术与医学等学科相互交叉、综合发展起来的前沿性交叉学科。本文介绍了:数字化虚拟人体的国内外研究概况;目前数据集的特点和局限性;数字化虚拟人体数据集的开发及应用前景。

基于数据库的交互式人体解剖三维图谱系统

目的:基于虚拟中国人男性一号三维结构模型数据库,采用Browser/Server结构,构建交互式多用户人体解剖三维图谱系统,发布和共享三维模型数据。方法:根据用户交互表单,系统从数据库获取模型信息,以虚拟中国人模型数据为材料,在服务器端动态组合,生成需要的VRML人体模型,并在客户端浏览器中交互显示;以MeSH为基础,按照人体生理结构的命名体系和层次,建立模型数据库,并以XML的形式发布。结果:实现了三维模型在线交互式浏览,直观地发布结构数据;构建了数据中间层,实现标准化的数据共享和扩展。结论:图谱系统提供了直观的数据可视化,构建了符合MeSH标准的模型数据体系,为人体解剖结构的学习和研究带来了方便,为远程解剖教学提供了重要平台。

数字人——信息与生命科学结合的新领域

“数字人”以下不加引号)是通过计算机技术,将人体结构数字化,经过重建和虚拟技术的处理,在电脑屏幕上出现的 (看得见的、能够调控的虚拟人体形象。研究过程可以分为数字化 “可视人”、“物理人”、“生理人”、“智能人” 个阶段。我国在 42001 年和 2003 年两次香山科学会议后,启动了这个领域的研究工作,发展较快。现在已有 8 个中国人数据集报道,不少高校、科研机构、临床科室也进行了开发应用研究。数字人作为新的技术载体,将在航天、航空、体育、影视、国防、医学等众多领域拥有应用发展的空间。当前尚有许多急需解决的科学问题和关键技术,如图像分割、神经系统和淋巴系统信息获取、海量数据管理、科学数据共享等。