基于MRI的盆底组织结构三维重建

【摘要】  目的： 三维重建女性盆底组织闭孔内肌、骨盆和肛提肌的复杂几何结构，为从力学角度进一步认识女性盆底组织的力学特性和盆底功能障碍性疾病的发病机理做前期准备. 方法： 选取一系列层厚为0.8 mm MRI图像，运用三维图像重建软件MIMICS进行图像重建，建立其三维几何结构. 结果： 获得了闭孔内肌、骨盆和肛提肌的独立三维几何结构，从解剖结构上完全还原其相对位置. 结论： 所获得的三维模型真实地反映了其解剖构型和几何外形，且通过有限元软件验证了本模型力学分析的可行性.

【关键词】  图像重建 MRI 闭孔内肌 肛提肌 盆底

　　0引 言

　　三维医学图像可视化在最近的 10 a间得到了极其广泛的应用，如在解剖结构可视化、手术规划与模拟、放射等方面. 目前的三维重建主要还是应用CT图像，但CT图像不能将肌肉等软组织很好地分离开来，尤其对于女性盆底内组织来讲，组织间的灰度值相似，更加不易分离，目前国内对盆底内组织的MRI成像的实验性研究还没有相关的报道. 本研究旨在通过图像重建的方法，利用MRI图像进行盆底组织的三维重建，从几何构型上完全真实再现盆底肌肉组织结构，为对完整的女性盆底组织进行机仿真研究、从力学角度认识女性盆底组织［1］的力学特性和女性盆底功能障碍性疾病［2］发病机理做一定的前期基础工作.

　　1 材料和方法

　　1.1材料

　　本次研究所用的MRI资料由北京妇产提供. 对志愿者盆底组织进行超薄横截面位核磁扫描，层厚0.8 mm，共192层，文件格式为DICOM，获得用于三维模型重建的相关MRI图像. 拍摄MRI所用设备为GE公司3.0T磁共振扫描仪（Signa EXCITE 3.0T）. 运用三维重建软件MIMICS10.11对图像进行处理，生成三维立体几何模型［3］.

　　1.2方法

　　1.2.1三维重建首先将所有DICOM格式的MRI图像导入MIMICS，转换为所指定的格式MCS，在MIMICS软件中自动形成冠状面、矢状面和垂直面三视图形式(图1A,B,C)，可选择其中任意一个视图进行处理.

　　1.2.1.1确定肌肉所在位置及分界点选取肌肉较明显的图像通过MedCAD中的画曲线能逐层进行勾画边界，确定重建区域［4］. 当界面恢复到正常模式，将会出现由刚才所画的边界组成的立体轮廓图像（图1D）.

　　1.2.1.2选取阈值和分割图像上一步完成后进行阈值的选择. 为了使结果更真实化，选用自定阈值的办法将所选区域尽可能选上，同时还要尽可能减少其他组织的影响. 利用tool里的profile line功能可以更准确的确定阈值范围. 由于MRI图像中阈值的相近性，会有一些其它组织被选定，可通过在选好阈值的原图像上进行erase（擦）的操作，将多余的部分擦去，也就是去除噪声。

　　1.2.1.3生成三维图像利用软件提供的Calculate 3D功能可直接对所选区域进行三维重建. 根据提示，选择最佳效果，便得到相应的三维图像.

　　1.2.2三维图像的处理

　　1.2.2.1切割和边缘处理新建的三维图像比较粗糙，可以通过软件里的模拟切割功能进行美化，对于较大的部分可以用面切割，对于边缘较细的可以用曲线切割. 减少点或边缘的角度,可以使边缘顺滑一些，设定适当的边缘角度、迭代次数和公差，使图像进行第一次平滑的修正.

　　1.2.2.2有限元分析经过上述工作所得到的闭孔内肌重建模型还不能满足力学分析的需要，仅仅是直观上重塑了其几何外形，所形成的图形表面实际上是由许多三角面片构成的，它们并不是每一个都很优化（等边三角形最佳），将处理好的三维图像导入有限元分析中，通过软件提供的减少三角形面片的功能，适当设置各个参数，减少三角形面片，最后再通过remesh功能，去除坏三角. 将处理完的三维图形导入MIMICS软件，依据灰度值赋材质，建立闭孔内肌MRI灰度与密度的关系，为在有限元分析中进行处理做好准备，至此真正的闭孔内肌的三维实体模型建立了. 运用同样的方法，我们还重建出了肛提肌和骨盆的三维模型.

　　1.2.2.3对重建模型的后期处理软件中提供了Export模块，可将重建好的三维模型以STL文件格式输出. 在同一个工程文件中导入建立好的STL文件，对完成的三个模型进行重定位和配准处理，便得到了完整的盆底内组织的三维模型.

　　2结果

　　在 MRI图像的基础上，重建出了成年女性盆底三维结构，包括肛提肌、闭孔内肌和骨盆(图2). 所获得的三维模型真实地反映了其解剖构型和几何外形，且通过有限元软件验证了本模型力学分析的可行性，为从力学角度进一步认识女性盆底组织的力学特性和盆底功能障碍性疾病［5］的发病机理做好了前期准备.

　　3讨论

　　建立正确、完善的三维模型是有限元力学分析的基础和关键，是全面认识盆底组织生物力学的基础［5-6］. 本研究利用盆底MRI三维影像重建技术，取自健康活体样本资料，建立了一种可进一步实验分析和临床应用的盆底内部组织三维模型，为盆底内肌肉组织生物力学研究和临床应用提供了研究手段和依据.

【】
  　　［1］Tseng LH, Liang CC, Lo HP, et al. The prevalence of urinary incontinence and associated risk factors in Taiwanese women with lower urinary tract symptoms［J］.Chang Gung Med J,2006, 29(6):596-602.

　　［2］段继宏,杨勇,吴士良,等.北京地区尿失禁发病率调查［J］.北京医科大学学报,2000,32(2):74-75.

　　［3］刘家康,辛静.人体医学图像三维表面重构的实现［J］.机工程与应用,2002,14(245):97-98.

　　［4］段宝山,潘振宽.医学断层图像三维重建的辅助轮廓线法［J］.计算机辅助设计与图形学学报［J］,2005,17(8):186-187.

　　［5］Dietz HP, Vancaillie P, Svehla M, et al. Mechanical properties of urogynecologic implant materials［J］. Int Urogynecol J Pelvic Floor Dysfunct, 2003,14(4):239-243.