19、医学应用中的虚拟解剖3D头部器官模型及3D手部形状建模

医学应用中的虚拟解剖3D头部器官模型及3D手部形状建模

1. 虚拟解剖3D头部器官模型

1.1 解剖头部/口腔建模

1.1.1 源数据及其预处理

建模源数据来自美国国立卫生研究院（NIH）的可见人类项目中一名男性尸体的公开解剖数据。由于要建模的人体组织几何形状复杂且相互关联，采用手动建模，以便正确选择解剖学上重要的顶点。将377张横向头部切片图像通过沿Z轴进行线性插值（插值因子为3，因该方向像素间距不同）转换为立方体体积。经过直方图均衡化后，能够直观识别各种内部组织/器官，并通过鼠标获取感兴趣的内部或外部地标点的3D坐标。

1.1.2 头部建模原则

在口腔建模过程中，要建模的解剖结构包括各种组织（如颌骨、牙齿、嘴唇、脸颊）。为了准确地对这些组织进行物理建模，需要详细表示其所有内部子结构（肌肉、神经、肌腱、静脉等）的形状和排列，但这需要巨大的努力。对于大多数目标应用，不需要如此详细的建模，因此选择仅对感兴趣结构的外表面进行建模，这在视觉应用中非常重要。

建模时假设原型人类头部组织的任何3D表面在MPEG - 4标准定义的中性姿势和表情下相对于YZ平面对称。通过对获取的3D模型顶点进行适当的小修改来强制实现这种对称性，以消除男性尸体头部自然存在的不对称性。这种头部器官表面的强制对称性是对现实的一种理想化处理，目的是创建一个基于真实数据的通用头部模型及其器官模型，可适用于一般人群的任何头部。

选择最少数量的顶点来建模头部的各个部分，以表达基本的解剖几何形状。这样的选择使模型与CANDIDE/MPEG - 4外部面部模型兼容，并确保在处理个性化时计算量较小。过于详细的模型虽然适合艺术可视化，但难以