人體斷層切片數據集1 引言呼吸系統是人體直接與外界接觸最密切的內臟器官。人體透過呼吸系統從外界空氣中攝取氧氣，同時排出二氧化碳，維持人體基本代謝平衡，呼吸系統在人體的正常生命活動中起着非常重要的作用。呼吸道是人體呼吸系統與大氣之間進行氣體交換的通道，包括上呼吸道和下呼吸道。下呼吸道包括氣管、總支氣管、葉、段支氣管及各級分支，直到肺泡，它不僅是空氣透過的管道，而且具有防禦、清除異物、調節空氣溫度和溼度的作用。
近十幾年來計算機技術的發展給生物醫學帶來很多新的研究領域和進展, 三維建模技術以及三維醫學模型也開始應用於生物醫學重建上, 其中包括人體和解剖臟器的模型。
迄今爲止，在呼吸道三維重建這一領域，國內外已有不少研究人員從事有關這方面的模型研究。有很多研究運用不同的方法獲得人體呼吸道的三維模型,Cheng 等用硅膠樹脂材料，按照某志願者的呼吸道尺寸建立了一個上呼吸道三維模型，並進行了實驗研究；Gragic 等用計算機X 射線斷層攝影技術(computed tomography scans, CT)對人體呼吸道進行數據採集，並觀察了活體正常的呼吸狀況，建立了另外一種呼吸道三維幾何模型；Tawhai 等根據多層螺旋X 射線斷層成像（Multi-Detector-Row Computed Tomography，簡稱MDCT）技術採集的人體呼吸道數據，重建了人體下呼吸道三維模型；但是在建立下呼吸道氣管、支氣管的幾何模型上應用最廣泛的是Weibel 提出的模型A。本文打算探索一種有利於人體下呼吸道呼吸生物力學有限元數值模型研究的重建方法。利用中國數字人體斷層切片的部分數據集, 對於人體下呼吸道的三維重建做出積極的探索, 也爲將來進行其他組織、器官的三維重建做出積極的探索。
2 材料與方法人體下呼吸道三維重建的原始數據資料來自第三軍醫大學可視化人體研究實驗室所採集的可視化人體（CHV）中呼吸道氣管、支氣管部分數據集，以數據集中包括從咽喉到肺部切片範圍的斷層數據作爲重建的數據來源，利用二維圖像處理軟件Adobe Photoshop 和醫學圖像處理軟件Mimics（Mimics 是Materialise 公司的交互式的醫學影像控制系統，即爲Materiaise’s interactive medical image control system）來進行模型重建。
2.1 材料本研究所處理的原始數據來自35 歲正常男性標本的人體斷層切片數據集，該數據集的分辨率爲0.167mm×0.167mm，層間距爲0.5mm，共有264 張斷面切片圖像，單張圖像大小爲1653×1327 像素，採用24 位彩色深度。
2.2 方法2.2.1 下呼吸道氣管、支氣管的分割將原始數據轉入Adobe Photoshop 中，根據呼吸系統的解剖學知識，將每張斷面圖中屬於下呼吸道氣管、支氣管的組織劃分出來。爲保證圖像劃分的客觀性與準確性，在分割前採用印刷行業的屏幕顏色校準方法進行顏色標準統一，避免顯示設備差異帶來的分割誤差。
最後進行色彩模式轉化，將劃分好以後的斷面切片圖像的RGBA 色彩模式色彩模式轉化爲灰度圖，並儲存。
2.2.1 建立人體下呼吸道三維模型把所有處理好的圖像資料以檔案集形式匯入醫學圖像處理軟件Materialise 公司的 Mimics軟件中，爲匯入圖像資料之後，分別顯示的下呼吸道氣管3 個正交斷面的二維數據序列，分別是冠狀圖、矢狀圖、橫斷圖。
將圖像資料匯入Mimics 軟件便生成呼吸道氣管、支氣管的原始蒙罩圖像，接着運用閾值選取技術、三維區域增長技術獲得新蒙罩（以綠色顯示）。在三維實體（3D Object）選單欄中匯入新生成的蒙罩並加以運算，隨後在三維區域增長技術的基礎上將所選取的閾值範圍內的相鄰像素連接而重組成圖像，就得到了人體下呼吸道三維模型。其中在The