14、人体器官逆向工程：基于解剖特征方法的应用

人体器官逆向工程：基于解剖特征方法的应用

1. 引言

人体常受病理过程或疾病影响，很多时候需进行手术干预，且有时时间紧迫。为确保手术成功，制定良好的术前计划并提供合适的植入物至关重要。计算机辅助手术（CAS）利用计算机和其他设备进行手术规划、引导和实施，能显著改善术前、术中及术后的效果。CAS 的关键在于获得受影响人体器官（如肌腱、韧带或骨骼）的精确个性化模型，一般可通过两种不同方法获取。

第一种方法是应用医学成像技术，如计算机断层扫描（CT）或 X 射线，来提供人体器官的 3D 几何模型。具体有以下三种方式：
- 应用医学扫描仪自带的软件（如 Vitrea）。
- 在医学导向的 CAD 程序（如 Materialise Mimics、3D Slicer）中对医学图像进行后处理。
- 在 CAD 软件包（如 CATIA、3D Fusion）中进行后处理。

不过，这种方法存在局限性。当扫描的骨骼因疾病（如骨质疏松、关节炎、癌症等）或创伤（如多处骨折、粉碎性骨折、韧带和肌腱撕裂等）不完整，或者医学图像质量不佳时，就无法创建整个器官的精确几何模型。

第二种方法是基于预测性几何或统计模型以及从医学图像中获取的数据来创建人体器官的 3D 几何模型。在预测模型中，几何实体由数学函数描述，其参数为可从医学图像中读取的形态测量参数，这种方法能够创建患者器官的精确 3D 几何模型。

解剖特征方法（MAF）可用于上述两种方法。本文的研究重点是通过添加特征产品特征（CPF）方法来改进 MAF。CPF 能够定义不同的产品特征和属性，从而使 MAF 不仅能定义骨骼的 3D 模型，还能定义其他器官的 3D 模型。本文以创建前交叉韧带的几何模型为例