谢 凯,卢光跃 (长江大学电子信息学院,湖北荆州434023)

整形外科手术难度高,危险性大,而且必须容貌与功能兼顾。整形外科对影像学提出了较高的要求,要求术前必须准确诊断,确定病变范围,提供三维立体视觉,显示复杂的空间结构,准确测量三维形态参数,设计手术路径和方案,模拟手术,预测手术对面容的影响等。为了满足整形外科的临床需求,CT三维重建辅助整形手术系统开始出现,它是最近的十多年间兴起的新兴交叉学科,一直是国内外研究与应用的热点[1～3]。

笔者对整复外科虚拟手术技术进行深入研究,提出了面向整复外科虚拟手术的三维切割模拟算法。

1 基于表面重建的三维切割模拟算法

基于表面重建的三维切割模拟流程如图1所示。

图1 基于表面重建的三维切割模拟流程图

1.1 切割体的构造及其隐函数表达

构造合适的切割体,如立方体、球、NURBS曲面等,将曲面放置在合适的切割位置上,得到曲面相对于模型的位置。根据选定的切割体和切割体与模型的相对位置,利用体数据空间隐函数来表达切割体。

在模型空间,用隐函数表示切割体。假设表示切割体的隐函数为f(X),其中X=(x,y,z)T为模型空间中的坐标,那么P={X|f(X)=0}表示切割体表面上的所有点的集合;P={X|f(X)＞0}表示切割体内部的所有点的集合;P={X|f(X)＜0}表示切割体外部所有点的集合。

得到切割体在模型空间的隐函数表达以后,必须将隐函数表达从模型空间转换为体数据空间。从体数据空间到模型空……