一种颅脑外科手术路径规划系统的研制
作者：李修往 李树祥 周猛 李建光 郑国炎 江贵平
单位：李修往(解放军150中心医院 河南洛阳471031)；李树祥(第一军医大学广州510515)；周猛(第一军医大学广州510515)；李建光(第一军医大学广州510515)；郑国炎(第一军医大学广州510515)；江贵平(第一军医大学广州510515)
关键词：计算机辅助外科；体数据；路径规划；三维显示
中国医疗器械杂志000101提 要：系统以病人的CT/MRI断层图像为依据，通过方便灵活的交互式勾边功能，使医生可以方便的勾画出感兴趣的区域，用快速的判别手段，给出路径的代价值，最后用灵活多样的显示手段，提供直接的路径三维显示。
中图分类号：TH772.2 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)01-0001-05
, http://www.100md.com
The Development of a Brain Surgery Path Planning System
LI Xiu-wang
(The PLA 150 central Hospital)
Li Shu-xiang
(The First Military Medical University)
ZHOU Meng
(The First Military Medical University)
Li Jian-guang
(The First Military Medical University)
, 百拇医药
ZHENG Guo-yan
(The First Military Medical University)
JIANG Gui-ping
(The First Military Medical University)
Abstract：Based on the patient's CT/MRI Section images,the brain surgery path Planning system makes surgeon freely draw out the interesting regions through the use of feasible interactive drawing contour function.And by fast judgement,the system is able to give out the risky value of the path.Finally,the system would directly show the surgery path in 3-D display.
, 百拇医药
Key words：Computered rassisted surgery;Volume data;Path planning; 3-D display▲
颅脑损伤和颅内疾病是常见的危重疾病，颅脑手术是治疗的重要手段，但颅脑内部结构复杂，有许多重要的功能区遍布其中，血管和神经极为丰富，并存在着个体差异，因此手术切口不能太大，这给直视手术造成了很大的困难，手术稍有偏差，就会造成严重后果。长期以来，颅脑手术技术复杂、难度高、风险大、难以掌握的状况一直没有大的改观。许多医生一直希望能有一种设备能使他们在手术过程中实时地看到病人颅脑的内部结构，给手术提供帮助，并推动颅脑外科学的发展。
随着CT、MRI、DSA、PET、SPET等影像设备的发展，现代医学影像学向多元化方面发展，人类不仅能从解剖结构方面了解人体，也可以从功能方面揭示人体的奥秘，极大地提高了临床诊断水平。如何将这些影像资源直接应用于外科手术中，充分发挥出它的潜在价值，也就成为医疗仪器界和医学界所特别关心的一个问题。
, 百拇医药
近几年来，随着计算机技术的迅速发展，也促进了可视化技术的飞速进步，各种影像资源逐渐被直接应用于治疗过程中，出现了计算机辅助外科这一崭新的领域。计算机辅助外科(Computer-Assisted Surgery)又称作图像引导外科(Image-Guided Surgery)、虚拟外科(Virtual Surgery)等，是指在手术过程中，利用计算机技术将术前或术中病人影像数据、实际手术过程中的病人的病变部位、以及手术工具所在的坐标系统一起来，根据实际手术的需要对手术工具周围的组织作出相应的显示，对手术进行实时的导航。它是近几年来才发展起来的高新技术。其目的是最大限度地切除病变组织，尽量减少对正常组织的损伤，保护关键组织，使手术更快速、更精确、更安全。
本文设计的颅脑外科手术路径规划系统是计算机辅助外科的一个分支，它强调在不改变医生传统手术习惯的前提下，借助现代影像技术、计算机技术、可视化技术、立体定位技术等，对颅脑外科手术提供帮助。它能够用CT、MRI等设备的二维影像数据精确地重建出颅脑的三维结构，通过交互式的界面，可以从各种角度、用多种方法浏览病人大脑的内部结构，尽量避开血管和神经以及重要的功能区，以此减小手术创口，找出最佳的手术路径，作出准确的手术方案，增强医生的自信心。这种技术的应用无疑将极大地推动颅脑外科学的发展，对颅脑手术水平的提高具有重要的意义[1]。
, 百拇医药
1 系统构成
本系统在硬件上以PentiumII233(128Mb内存、带4Mb显存的Millennium专业图形显示卡、17英寸SONY Multiscan200sf显示器)高档微机为平台，用VC++5.0为开发工具，使系统的成本降低，而可移植性提高，有利于临床应用和推广。系统开发中采用模块化设计的方法，便于不同模块的个别调整和功能改进。在构成上，主要由输入图像预处理、交互式勾边、代价值求取和结果显示四个模块构成，构成框图如图1所示。以下就各个模块的功能和实现进行说明：
图 1 系统总框图
1.1 输入图像预处理
系统的输入图像通常是病人的二维断层图像，输入方式有磁光盘直接输入和扫描仪扫描输入。前者要考虑数据格式和窗宽窗位调整，对于12位灰度的图像经调整后转变成8位的；后者通常带有较多噪声，影响后续处理，因此噪声的去除是预处理的第一步工作。经过调整和去噪后的图像依照空间次序拼接成体数据形式，拼接时要考虑层厚和层间距，根据层间分辨率的要求确定是否进行插值。体数据的制作是以下模块工作的前提，体数据则是以下处理的对象。
, 百拇医药
1.2 交互式勾边
交互式勾边[2]模块的功能是方便医生发挥自身的经验和知识，以人机交互的方式允许医生在病人的序列断层图像上勾画出感兴趣区域。该部分提供十分方便的交互手段，医生可以依自身经验或借助解剖图谱，在任意断层上勾画手术中要避开的重要区域，并可为区域指定不同的代价权值，指定头皮上的任意点作为手术的入口处，在病变区域内指定一点作为病变中心。这样医生就指定了一条手术路径，给出了一个手术方案。医生若对勾画结果不满意，可以重新勾画，并且勾画结果与原数据相分离，避免了对原图像的破坏。但方案的优劣还要通过下边的模块评定。
1.3 代价值求取
代价值求取模块依照医生在交互式勾边中指定的手术路径和勾画的重要区域以及所赋的代价值来计算该路径的代价风险，从而为医生提供一个定量的评价。该模块判断手术路径经过那些区域、区域的代价值以及手术路径与未经区域的位置关系，依照是否穿越重要区域，以及未穿越情况下的距离远近给于不同的风险值。最终计算出一个定量的代价值，提示医生该路径的风险情况，以及与重要功能区的位置关系，使医生在指定下一个手术路径时作适当调整。在算法实现上，本模块首先将问题进行数学简化，由于手术路径的起点和终点已知，直线路径的空间方程就唯一确定，医生勾画区域的层面序号已知，依据病人断层图像的顺序形成的体数据场中该层面的方程就唯一确定，求路径与该层面上的区域之间的关系就转化成求路径与该层面的交点与各个区域的拓扑关系问题。考虑到大脑内区域的不规则性和复杂性，对医生勾画的区域边界重采样，产生一族有序点，用这些点顺序连接构成的区域(点辖域)来拟合原来勾画的区域，从而将问题简化为求一点与多个点辖域的拓扑关系问题，在算法上实现迭代和加速。代价求取模块仅提供数字意义上的风险，为了提供更为直观的效果，需要进行三维重建。
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1.4 结果显示
结果显示模块包括三维显示和多剖面显示子模块。它通过三维手段对医生在二维断层上所制定的手术方案进行直观表达，使医生感觉就像在进行手术一样直视病人的颅内结构。同时提供感兴趣区域的轴状面、冠状面、矢状面显示，使医生清楚感兴趣区域相邻的组织结构。
三维显示利用当前有效的表面显示和体积显示方法[3]，对手术规划结果进行直观的显示，使手术路径规划做到真正意义上的可视化。如今，三维显示的方法较多，但各有优缺点，为方便医生多角度、更直观的观察颅内结构，提供更多的有用信息，在显示手段上，提供尽量多的显示方法，并可进行任意角度的旋转。该系统为了快速显示和实时旋转的要求，在实现上采用了显示前处理与显示结果分离和旋转与显示分离两种改进方法。前处理中将显示时需要的结果全部求出，在显示时，只需将结果显示出来，这样大大提高了显示的速度。如用Marching Cube方法[4～6]提取颅骨的前处理时间在PentiumII233(128Mb内存)的微机上需8分钟，生成近40万个三角面片，而显示时间仅为3秒钟。而系统为了实时旋转的需要，采用旋转与显示分离的方法，对于数据量过大的显示部分在旋转时不显示，而在旋转到位后再显示，这样就加快了旋转的速度。显示方法采用多种方法相结合，使医生依观察需要进行自由选择，该系统提供的显示方法有：面向多边形的表面显示法[7～9]、面向体素的表面显示法[4～6]、直接投影的体显示法[10～11]和任意剖面显示方法[12]。该模块借助于传统的显示方法，并依照系统自身的特点，对传统方法进行了改进，使在显示的质量上和速度上都有很大提高。
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多剖面显示则提供感兴趣区域的轴状面、冠状面、矢状面显示以及相邻层面的多层面显示，给医生提供更多的有用信息，弥补三维显示中不能提供的信息。
2 试验应用与结果
本文的试验以一位12岁男性的头部CT图像为研究对象。原始图像为93层的轴向断层图像，每层分辨率为256×256，象素间距为0.8mm，层厚1.5mm。以下依照各功能模块的顺序进行试验过程介绍，结果以图片显示。
2.1 预处理
图像由磁光盘输入，CT图像数据的每个像素为12位4096个灰阶，将12位转变成8位256灰阶，调整窗宽窗位。窗宽定为256，窗位为865，调整前后图像如图2、3所示。最后将93层图像逐层拼接成体数据。由于分辨率满足要求，不需要插值。
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图 2 调整前图像
图 3 调整后图像
2.2 交互勾边
医生依自身经验勾画出手术中要避开的重要功能区、指定手术路径。图4为其中一个层面上勾画出的眼球、脑干和视神经。图5为图4中区域边界的采样点。手术中心和手术起点的指定在其他层面上，此处不再显示。
图 4 其中一层面上勾画的区域
图 5 对图4区域边界的采样
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2.3 求取代价
判断手术路径与勾画的重要功能区的位置关系，根据所赋代价值，计算出手术路径的风险，并显示穿越的区域，图6为其中一条手术路径的判断结果，提示医生该路径穿越了重要功能区，该方案不合适，需要重新指定手术路径。
图 6 一条手术路径的判断结果
2.4 结果显示
对手术方案的结果进行三维显示和多剖面显示是可视化的关键。系统考虑到各种显示方法的优缺点，对它们进行合理的运用和改进。对医生勾画的重要功能区采用面向多边形的表面显示算法，重建出的区域立体感强，图7是对医生勾画的眼球、视神经和脑干的重建结果。对于颅骨的显示，系统采用了直接投影的体显示法和改进的Marching Cube算法两种，后一种算法可弥补前一种算法对光照效果的过分依赖，而前一种算法则可弥补后一种算法过长的前处理时间的不足，供医生依情况选择，图8、图9为两种算法的显示结果。对于外皮肤的显示，系统综合利用面向多边形的显示方法和面向体素的表面显示方法，首先将构成外皮肤的所有像素自动提取出来，然后利用面向多边形的表面显示方法形成外皮肤，显示的图像比采用Marching Cube算法显示的更细腻、平滑，图10为显示结果。图11为一个复合显示结果。
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图 7 勾画区域的三维重建(上下为不同角度)
图 8 直接投影的颅骨显示
图 9 改进MC的颅骨显示
图 10 综合两种表面显示重建的外皮肤
图 11 一个复合显示的结果
3 结论
颅脑外科手术路径规划系统综合利用现代影像技术、计算机技术、可视化技术等，从病人的CT、MRI等二维影像数据精确地重建出颅脑的三维结构，通过交互式的界面，方便医生找出最佳的手术路径，作出准确的手术方案，并从各种角度、用多种方法浏览病人大脑的内部结构，尽量避开血管和神经以及重要的功能区，以此减小手术创口，增强医生的自信心，对颅脑外科手术提供帮助。它的应用对颅脑手术水平的提高具有重要的意义。本系统稍作修改，同样可以应用于其他外科手术领域，以及教学科研上的示教和模拟。■
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作者简介：李修往(1971～)硕士，主要从事立体定向放疗、计算机辅助外科研究。
参考文献；
[1]李树祥，黄其鎏.“九五”国家医学重大项目建议书：颅脑手术可视化技术研究.1995
[2]吕庆文.照射弧的自动选择与大脑边界的自动提取.第一军医大学生物医学工程系硕士论文1995；7
[3]郑国炎.医学图像三维表面显示及任意剖面显示研究.第一军医大学生物医学工程系硕士论文1995；7
[4]Lorensen WE, Cline HE.Marching Cubes:A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm. Computer Graphics 1987;21(4):163～169
, http://www.100md.com
[5]Cline HE, Lorensen WE, Ludke S. Two Algorithm for the Three-Dimensional Reconstruction of Tomograms. Phys Med 1988;15(3):320～327
[6]Tiede U, Hoehne KH, Bomans M, et al.Investigation of Medical 3-D Rendering Algorithm. IEEE CG&A 1990;8(3):41～53
[7]Ganapathy S, Dennehy TG. A New General Triangulation Method for Planar Contours. Computer Graphics 1982;16(3):69～75
[8]Sinclair B, Hannam AG, Lowe AA, et al. Complex Contour Organization for Surface Reconstruction. Computer Graphics 1989;13(3):311～319
, 百拇医药
[9]Meyers D, Skinner S. Surfaces from Contours. ACM Transaction on Graphics 1992;11(3):228～258
[10]Levoy Marc. Display of Surfaces from Volume Data.IEEE CG&A 1988;7(3):148～156
[11]Levoy Marc.A Hybrid Ray Tracer for Rendering Polygon and Volume Rendering Data. IEEE CG&A 1990;8(3):33～40
[12]Rhodes ML, Glenn WV, Azzai YM.Extracting Oblique Planes from Serial CT Sections. J Computer Assisted Tomography 1980;(4):649～653
收稿日期：1998-10-22, 百拇医药
单位：李修往(解放军150中心医院 河南洛阳471031)；李树祥(第一军医大学广州510515)；周猛(第一军医大学广州510515)；李建光(第一军医大学广州510515)；郑国炎(第一军医大学广州510515)；江贵平(第一军医大学广州510515)
关键词：计算机辅助外科；体数据；路径规划；三维显示
中国医疗器械杂志000101提 要：系统以病人的CT/MRI断层图像为依据，通过方便灵活的交互式勾边功能，使医生可以方便的勾画出感兴趣的区域，用快速的判别手段，给出路径的代价值，最后用灵活多样的显示手段，提供直接的路径三维显示。
中图分类号：TH772.2 文献标识码：A
文章编号：1000-6974(2000)01-0001-05
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The Development of a Brain Surgery Path Planning System
LI Xiu-wang
(The PLA 150 central Hospital)
Li Shu-xiang
(The First Military Medical University)
ZHOU Meng
(The First Military Medical University)
Li Jian-guang
(The First Military Medical University)
, 百拇医药
ZHENG Guo-yan
(The First Military Medical University)
JIANG Gui-ping
(The First Military Medical University)
Abstract：Based on the patient's CT/MRI Section images,the brain surgery path Planning system makes surgeon freely draw out the interesting regions through the use of feasible interactive drawing contour function.And by fast judgement,the system is able to give out the risky value of the path.Finally,the system would directly show the surgery path in 3-D display.
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Key words：Computered rassisted surgery;Volume data;Path planning; 3-D display▲
颅脑损伤和颅内疾病是常见的危重疾病，颅脑手术是治疗的重要手段，但颅脑内部结构复杂，有许多重要的功能区遍布其中，血管和神经极为丰富，并存在着个体差异，因此手术切口不能太大，这给直视手术造成了很大的困难，手术稍有偏差，就会造成严重后果。长期以来，颅脑手术技术复杂、难度高、风险大、难以掌握的状况一直没有大的改观。许多医生一直希望能有一种设备能使他们在手术过程中实时地看到病人颅脑的内部结构，给手术提供帮助，并推动颅脑外科学的发展。
随着CT、MRI、DSA、PET、SPET等影像设备的发展，现代医学影像学向多元化方面发展，人类不仅能从解剖结构方面了解人体，也可以从功能方面揭示人体的奥秘，极大地提高了临床诊断水平。如何将这些影像资源直接应用于外科手术中，充分发挥出它的潜在价值，也就成为医疗仪器界和医学界所特别关心的一个问题。
, 百拇医药
近几年来，随着计算机技术的迅速发展，也促进了可视化技术的飞速进步，各种影像资源逐渐被直接应用于治疗过程中，出现了计算机辅助外科这一崭新的领域。计算机辅助外科(Computer-Assisted Surgery)又称作图像引导外科(Image-Guided Surgery)、虚拟外科(Virtual Surgery)等，是指在手术过程中，利用计算机技术将术前或术中病人影像数据、实际手术过程中的病人的病变部位、以及手术工具所在的坐标系统一起来，根据实际手术的需要对手术工具周围的组织作出相应的显示，对手术进行实时的导航。它是近几年来才发展起来的高新技术。其目的是最大限度地切除病变组织，尽量减少对正常组织的损伤，保护关键组织，使手术更快速、更精确、更安全。
本文设计的颅脑外科手术路径规划系统是计算机辅助外科的一个分支，它强调在不改变医生传统手术习惯的前提下，借助现代影像技术、计算机技术、可视化技术、立体定位技术等，对颅脑外科手术提供帮助。它能够用CT、MRI等设备的二维影像数据精确地重建出颅脑的三维结构，通过交互式的界面，可以从各种角度、用多种方法浏览病人大脑的内部结构，尽量避开血管和神经以及重要的功能区，以此减小手术创口，找出最佳的手术路径，作出准确的手术方案，增强医生的自信心。这种技术的应用无疑将极大地推动颅脑外科学的发展，对颅脑手术水平的提高具有重要的意义[1]。
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1 系统构成
本系统在硬件上以PentiumII233(128Mb内存、带4Mb显存的Millennium专业图形显示卡、17英寸SONY Multiscan200sf显示器)高档微机为平台，用VC++5.0为开发工具，使系统的成本降低，而可移植性提高，有利于临床应用和推广。系统开发中采用模块化设计的方法，便于不同模块的个别调整和功能改进。在构成上，主要由输入图像预处理、交互式勾边、代价值求取和结果显示四个模块构成，构成框图如图1所示。以下就各个模块的功能和实现进行说明：
图 1 系统总框图
1.1 输入图像预处理
系统的输入图像通常是病人的二维断层图像，输入方式有磁光盘直接输入和扫描仪扫描输入。前者要考虑数据格式和窗宽窗位调整，对于12位灰度的图像经调整后转变成8位的；后者通常带有较多噪声，影响后续处理，因此噪声的去除是预处理的第一步工作。经过调整和去噪后的图像依照空间次序拼接成体数据形式，拼接时要考虑层厚和层间距，根据层间分辨率的要求确定是否进行插值。体数据的制作是以下模块工作的前提，体数据则是以下处理的对象。
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1.2 交互式勾边
交互式勾边[2]模块的功能是方便医生发挥自身的经验和知识，以人机交互的方式允许医生在病人的序列断层图像上勾画出感兴趣区域。该部分提供十分方便的交互手段，医生可以依自身经验或借助解剖图谱，在任意断层上勾画手术中要避开的重要区域，并可为区域指定不同的代价权值，指定头皮上的任意点作为手术的入口处，在病变区域内指定一点作为病变中心。这样医生就指定了一条手术路径，给出了一个手术方案。医生若对勾画结果不满意，可以重新勾画，并且勾画结果与原数据相分离，避免了对原图像的破坏。但方案的优劣还要通过下边的模块评定。
1.3 代价值求取
代价值求取模块依照医生在交互式勾边中指定的手术路径和勾画的重要区域以及所赋的代价值来计算该路径的代价风险，从而为医生提供一个定量的评价。该模块判断手术路径经过那些区域、区域的代价值以及手术路径与未经区域的位置关系，依照是否穿越重要区域，以及未穿越情况下的距离远近给于不同的风险值。最终计算出一个定量的代价值，提示医生该路径的风险情况，以及与重要功能区的位置关系，使医生在指定下一个手术路径时作适当调整。在算法实现上，本模块首先将问题进行数学简化，由于手术路径的起点和终点已知，直线路径的空间方程就唯一确定，医生勾画区域的层面序号已知，依据病人断层图像的顺序形成的体数据场中该层面的方程就唯一确定，求路径与该层面上的区域之间的关系就转化成求路径与该层面的交点与各个区域的拓扑关系问题。考虑到大脑内区域的不规则性和复杂性，对医生勾画的区域边界重采样，产生一族有序点，用这些点顺序连接构成的区域(点辖域)来拟合原来勾画的区域，从而将问题简化为求一点与多个点辖域的拓扑关系问题，在算法上实现迭代和加速。代价求取模块仅提供数字意义上的风险，为了提供更为直观的效果，需要进行三维重建。
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1.4 结果显示
结果显示模块包括三维显示和多剖面显示子模块。它通过三维手段对医生在二维断层上所制定的手术方案进行直观表达，使医生感觉就像在进行手术一样直视病人的颅内结构。同时提供感兴趣区域的轴状面、冠状面、矢状面显示，使医生清楚感兴趣区域相邻的组织结构。
三维显示利用当前有效的表面显示和体积显示方法[3]，对手术规划结果进行直观的显示，使手术路径规划做到真正意义上的可视化。如今，三维显示的方法较多，但各有优缺点，为方便医生多角度、更直观的观察颅内结构，提供更多的有用信息，在显示手段上，提供尽量多的显示方法，并可进行任意角度的旋转。该系统为了快速显示和实时旋转的要求，在实现上采用了显示前处理与显示结果分离和旋转与显示分离两种改进方法。前处理中将显示时需要的结果全部求出，在显示时，只需将结果显示出来，这样大大提高了显示的速度。如用Marching Cube方法[4～6]提取颅骨的前处理时间在PentiumII233(128Mb内存)的微机上需8分钟，生成近40万个三角面片，而显示时间仅为3秒钟。而系统为了实时旋转的需要，采用旋转与显示分离的方法，对于数据量过大的显示部分在旋转时不显示，而在旋转到位后再显示，这样就加快了旋转的速度。显示方法采用多种方法相结合，使医生依观察需要进行自由选择，该系统提供的显示方法有：面向多边形的表面显示法[7～9]、面向体素的表面显示法[4～6]、直接投影的体显示法[10～11]和任意剖面显示方法[12]。该模块借助于传统的显示方法，并依照系统自身的特点，对传统方法进行了改进，使在显示的质量上和速度上都有很大提高。
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多剖面显示则提供感兴趣区域的轴状面、冠状面、矢状面显示以及相邻层面的多层面显示，给医生提供更多的有用信息，弥补三维显示中不能提供的信息。
2 试验应用与结果
本文的试验以一位12岁男性的头部CT图像为研究对象。原始图像为93层的轴向断层图像，每层分辨率为256×256，象素间距为0.8mm，层厚1.5mm。以下依照各功能模块的顺序进行试验过程介绍，结果以图片显示。
2.1 预处理
图像由磁光盘输入，CT图像数据的每个像素为12位4096个灰阶，将12位转变成8位256灰阶，调整窗宽窗位。窗宽定为256，窗位为865，调整前后图像如图2、3所示。最后将93层图像逐层拼接成体数据。由于分辨率满足要求，不需要插值。
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图 2 调整前图像
图 3 调整后图像
2.2 交互勾边
医生依自身经验勾画出手术中要避开的重要功能区、指定手术路径。图4为其中一个层面上勾画出的眼球、脑干和视神经。图5为图4中区域边界的采样点。手术中心和手术起点的指定在其他层面上，此处不再显示。
图 4 其中一层面上勾画的区域
图 5 对图4区域边界的采样
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2.3 求取代价
判断手术路径与勾画的重要功能区的位置关系，根据所赋代价值，计算出手术路径的风险，并显示穿越的区域，图6为其中一条手术路径的判断结果，提示医生该路径穿越了重要功能区，该方案不合适，需要重新指定手术路径。
图 6 一条手术路径的判断结果
2.4 结果显示
对手术方案的结果进行三维显示和多剖面显示是可视化的关键。系统考虑到各种显示方法的优缺点，对它们进行合理的运用和改进。对医生勾画的重要功能区采用面向多边形的表面显示算法，重建出的区域立体感强，图7是对医生勾画的眼球、视神经和脑干的重建结果。对于颅骨的显示，系统采用了直接投影的体显示法和改进的Marching Cube算法两种，后一种算法可弥补前一种算法对光照效果的过分依赖，而前一种算法则可弥补后一种算法过长的前处理时间的不足，供医生依情况选择，图8、图9为两种算法的显示结果。对于外皮肤的显示，系统综合利用面向多边形的显示方法和面向体素的表面显示方法，首先将构成外皮肤的所有像素自动提取出来，然后利用面向多边形的表面显示方法形成外皮肤，显示的图像比采用Marching Cube算法显示的更细腻、平滑，图10为显示结果。图11为一个复合显示结果。
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图 7 勾画区域的三维重建(上下为不同角度)
图 8 直接投影的颅骨显示
图 9 改进MC的颅骨显示
图 10 综合两种表面显示重建的外皮肤
图 11 一个复合显示的结果
3 结论
颅脑外科手术路径规划系统综合利用现代影像技术、计算机技术、可视化技术等，从病人的CT、MRI等二维影像数据精确地重建出颅脑的三维结构，通过交互式的界面，方便医生找出最佳的手术路径，作出准确的手术方案，并从各种角度、用多种方法浏览病人大脑的内部结构，尽量避开血管和神经以及重要的功能区，以此减小手术创口，增强医生的自信心，对颅脑外科手术提供帮助。它的应用对颅脑手术水平的提高具有重要的意义。本系统稍作修改，同样可以应用于其他外科手术领域，以及教学科研上的示教和模拟。■
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作者简介：李修往(1971～)硕士，主要从事立体定向放疗、计算机辅助外科研究。
参考文献；
[1]李树祥，黄其鎏.“九五”国家医学重大项目建议书：颅脑手术可视化技术研究.1995
[2]吕庆文.照射弧的自动选择与大脑边界的自动提取.第一军医大学生物医学工程系硕士论文1995；7
[3]郑国炎.医学图像三维表面显示及任意剖面显示研究.第一军医大学生物医学工程系硕士论文1995；7
[4]Lorensen WE, Cline HE.Marching Cubes:A High Resolution 3D Surface Construction Algorithm. Computer Graphics 1987;21(4):163～169
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[5]Cline HE, Lorensen WE, Ludke S. Two Algorithm for the Three-Dimensional Reconstruction of Tomograms. Phys Med 1988;15(3):320～327
[6]Tiede U, Hoehne KH, Bomans M, et al.Investigation of Medical 3-D Rendering Algorithm. IEEE CG&A 1990;8(3):41～53
[7]Ganapathy S, Dennehy TG. A New General Triangulation Method for Planar Contours. Computer Graphics 1982;16(3):69～75
[8]Sinclair B, Hannam AG, Lowe AA, et al. Complex Contour Organization for Surface Reconstruction. Computer Graphics 1989;13(3):311～319
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[9]Meyers D, Skinner S. Surfaces from Contours. ACM Transaction on Graphics 1992;11(3):228～258
[10]Levoy Marc. Display of Surfaces from Volume Data.IEEE CG&A 1988;7(3):148～156
[11]Levoy Marc.A Hybrid Ray Tracer for Rendering Polygon and Volume Rendering Data. IEEE CG&A 1990;8(3):33～40
[12]Rhodes ML, Glenn WV, Azzai YM.Extracting Oblique Planes from Serial CT Sections. J Computer Assisted Tomography 1980;(4):649～653
收稿日期：1998-10-22, 百拇医药