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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——DICOM33

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