激光三维扫描重建骨形态在解剖学教学中的应用

图像捕捉 图像识别

摘 要：目的：探讨使用三维激光扫描仪举行骨形态的三维重修在人体剖解学教学中的应用。

方 法：使用激光三维扫描系统，多次、分区域地扫描人体骨标本并形成骨外貌轮廓点云文件，然后对扫描点云文件举行拼接，重修骨外貌轮廓。

结 果：建设了一个骨性外貌的三维模子。此模子造型传神。

结 论：在人体剖解学教学中，激光三维扫描系统可以用于建设人体骨形态的三维模子，大大地增添相识剖学教学的直观性及意见意义性。

要害词：激光三维扫描；骨；重修；剖解学；教学

人体剖解学是一门形态科学，名词繁杂，死板难记，教与学的难度都很大。由于学生们无法随时到剖解学实验室视察人体标本，在剖解学教学中很强调使用教科书及图谱中的插 图来资助学生们学习，但这些插图都是二维图像，学生需要很好的空间想象力来完成各个结构的影象。同时西席在教学中也发现使用二维图像教学往往很难将某些剖解学结构论述清晰。 随着盘算机三维图形图像手艺的不停完善，先生和学生都期待人沈阳小程序开发

体结构的三维模子可以用到剖解学教学中。本文将先容使用三维激光扫描仪举行骨外貌扫描，并使用响应的图像分 析软件将图像拼接，从而重修骨的三维重修图像，这样的图像可以使剖解学的教与学更直观，有利于学生对剖解学知识的明白和影象。

一、质料与要领

1.扫描

选取正常男性人体新鲜骨标本（颈椎及下颌骨），去除软组织，剩余骨性硬组织。在骨外貌喷上一层白色亚光漆，以增强激光三维扫描精度和成像效果。

将骨标本牢固于合理的扫描规模，接纳Hxscan3D 三维扫描仪举行外貌扫描处置惩罚。该系统接纳逐行扫描方式，通过偏转扫描激秃顶，线状激光束平行扫描骨结构外貌， 以一定扫描规模和间距（精度）丈量并记载外貌点空间位置，丈量点数据形成点云以文件形式生存，扫描点云图形成了物体的外貌轮廓（图l）。通常在扫描历程中会泛起噪音杂点， 可通过手工删除（针对非扫描工具成像点云）或软件除噪的要领（针对扫描失真情形通过插值平滑化）举行修复。

2.点云拼接

由于扫描仪的视野限制，另外当扫描外貌与激光束靠近平行或者完全被前面的外貌遮挡时，需要举行多次、分区域地扫描，每次扫描局部外貌，扫描完成后再举行点云 拼接处置惩罚。点云拼接原理是凭据两幅相近点云图中含有的公共外貌部门举行图像自动匹配处置惩罚。如图2所示，图中红、白两部门是两次扫描形成的点云图，通过它们的公共部门 （图中红色与白色点云交叠部）举行匹配处置惩罚后，两幅图中公共部门完全重叠在一起，这样就使两次扫描的物体外貌轮廓相互增补和延伸，形成新的点云文件。

二、结 果

应用图像处置惩罚软件对激光三维扫描图像举行拼接处置惩罚（图1所示为下颌骨扫描的点云图像，图2所示为两张点去图像的拼接历程），建设了下颌骨、颈椎等骨外貌完整轮廓 点云图像，并经由盘算机自动配准、封面等处置惩罚，形成下颌骨和颈椎的三维图像（图3），此图像具有下颌骨和颈椎所有的形状特点，知足剖解学教学的需要。

三、讨 论

1. 种种三维重修要领的比力

现在通俗使用的三维重修要领大多是通过CT、MRI或虚拟人切削断层举行重修［1］。临床上可对患者CT和MRI数据举行图像重修从而获得三维图像，但此重修图像只能 在影像中央的事情站中使用，不能用于剖解学教学。而使用CT或MRI数据在通俗盘算机上举行图像重修涉及图像支解、配准等事情，由于图像支解事情需要人工完成，事情量很 大。现在我国开展的“虚拟中国人”研究获得了0.2mm间矩的人体断层数据集［2］，但其图像支解、配准事情同样需要人工完成，事情量更大，图像重修速率慢［3］。本方 法通过三维扫描仪获得骨外貌点的空间信息，并以点云的形式生存文件，并通过响应的图像拼接软件可以快速地建设骨形状的三维重修，三维激光扫描仪的扫描精度为0.1mm， 因而此重修图像可知足剖解学教学的需求。同时，此重修的三维模子经由适当的花样转变后可用于科研及教学模具的生产［4］。但使用三维激光扫描仪重修骨形态也有很大的 局限性，它只能对骨的形状举行重修，无法对内部的骨小梁举行重修，而且也无法重修变形较大的软组织等。

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