（1苏州大学附属儿童医院放射科 江苏 苏州 215025）
（2苏州大学骨科研究所 江苏 苏州 215007）
【摘要】 二维断层图像的三维模型重建是一个跨多学科的应用领域，研究者需要既懂医学解剖又精通三维重建概念算法，往往还能了解运用各类建模分析工具。本文初步总结了骨科断层图像三维重建的建模流程，并分别从工具的接口性、适用领域和用户群体等多方面对比了目前常见的三维重建工具的优缺点，可为相关研究者提供了有益的参考。
【关键词】 骨科；三维重建；工具对比
【中图分类号】R44 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2017）21-0139-02
随着临床影像技术的快速发展和骨科研究的不断深入，如何快速有效地选择合适的建模分析工具是骨科临床医生及研究人员所面临的常见问题[1,2]。本文通过比较所需的工具，分析总结各主要工具的优缺点和应用领域，从而使读者对该领域有整体清晰的认识。
运用图像处理技术可将CT、MRI、μCT、超声和断层冷冻切片等成像设备得到的人体二维断层图像序列在计算机中重建成三维几何模型。目前二维断层图像的三维重建方法主要有两大类：一类是体绘制，即通过对二维断层图像序列组成的离散三维数据场的体素赋予一定的颜色和透明度，直接生成对应二维图像来显示物体内部三维结构的一种绘制技术，例如CT和MRI设备上显示的三维重建模型。不过体绘制的模型只适合用来观察显示，而无法生成和导出三维实体模型；另一类是面绘制，即对离散三维数据场通过域值或极值等方法提取中间曲面，再采用曲面造型技术由几何单元拼接拟合物体表面来描述物体三维结构的一种绘制技术，例如可用无数小三角面片拼接在一起来描述和重建人体复杂的解剖结构和外形。
人体组织的特点在于其形状的复杂性、不规则性,其外形一般为自由形状的曲面。利用三维面绘制技术生成人体组织三维模型,得到其几何属性,为之后进行分析研究提供真实精确的几何模型基础。目前医学断层图像的三维可视化软件有非常多种，但其中大部分仅可实现体绘制三维重建；而往往骨科研究需要基于真实的三维几何模型，则需要由面绘制生成的三维面模型。除自编程开发的三维重建软件外，目前已知常用三维面绘制重建软件有十几种，具体功能对比见表。
表 三维医学影像重建软件功能对比
注：“*”标注代表（免费）开源软件
从人体二维断层图像序列重建生成三维面绘制模型，上述软件均可以实现。但具体采用那种软件实现三维重建，可从以下几个方面来进一步考虑：
1.1 从图像来源
如导入的是CT或MRI数据，上述软件均可以实现，但还需要看该软件是否有针对CT或MRI数据有合适的分割工具，另外还需看其分割难易度和三维模型可视化效果；
如导入的是μCT或者工业CT数据，由于一般数据都相当大，而且后期处理需要占用相当多的内存，能够支持大数据量导入和处理的软件才合适，有Amira、Analyze、Avizo、DeVIDE、InVesalius、Mimics、Simpleware、VG Studio和VolView；
如导入的是组织切片，由于一般是图片格式，而且数据量往往很大，用户一般也会期望能分割不同类型的组织结构，则应选能够导入图片格式，又可进行二次开发的软件，有Amira和Avizo；或开源软件：3DMed、DeVIDE、etdips、InVesalius和VolView。
1.2 从导出格式
如没有逆向工程软件，或者不太熟悉逆向工程转化流程，则可以考虑带有CAD模型直接导出功能的，有3D-DOCTOR、Analyze、InVesalius、Mimics和Simpleware；
如FEA软件对三维模型进行网格划分功能不强或效果不好，可考虑带有FEA网格模型直接导出功能的，有Amira、Avizo、Mimics和Simpleware；
当然也有部分有限元软件可直接读取STL模型，则不用进一步考虑可直接导出CAD或FEA格式的。
1.3从研究领域
如主要研究在骨科和康复方向，则可把主要适用领域在口腔的OnDemand3D和Stratovan软件排除在外；
如研究偏临床应用，则偏工程应用的软件可以排除，则可选3D-Doctor、3DMed、Analyze、etdips、InVesalius、Mimics、OnDemand3D、Simpleware、Stratovan、SuperImage、VolView、VoXim和ZedView；
如研究范围广泛，则需有考虑该软件的通用性和是否有相关模块选择。
1.4从用途需求
如需进行医学三维快速原型模型制作，上述软件均可实现，或通过简单转化实现；
如需要依据不同成像来源的若干套数据进行建模，则需有考虑带有图像融合和配准功能的；同时如我们需对断层图像进行切片重组观察不同角度信息，则需有考虑带有切片重组功能的，有3D-DOCTOR、3DMed、Amira、Analyze、Avizo、etdips、Mimics、OnDemande3D、Simpleware、VG Studio、VolView和VoXim；
如需要完成手术规划及手术模拟，则还需带有临床应用功能的，还可能需有三维模型导入功能的，以实现植入物的匹配分析，有3D-DOCOTR、3DMED、Amira、Analyze、 Mimics、OnDemand3D、Simpleware、Stratovan、VoXim和 ZedView；
?如需连接手术导航设备，则需有DICOM格式导出的；
?如需要基于源代码进行二次开发，则应考虑开源软件，有3DMed、DeVIDE、etdips、InVesalius和VolView。
1.5从用户群体
?目前用户数较多的三维重建软件是3D-DOCTOR、Amira、Analyze、Mimics、Simpleware和VG Studio。
读者在众多可选择的建模工具面前，应需要根据具体研究目标和研究需求选择最佳的建模工具，有效地对骨科建模问题开展深入研究。
论文作者:冯巍,余嘉
论文发表刊物:《医药前沿》2017年7月第21期
论文发表时间:2017/8/3
标签：模型论文; 软件论文; 断层论文; 骨科论文; 图像论文; 建模论文; 工具论文; 《医药前沿》2017年7月第21期论文;