韦兴，肖熠，刘申，应葵

1 航天中心医院 骨科，北京市，100049

2 清华大学 工程物理系，北京市，100091

0 引言

肿瘤热消融手术能够有效治疗脊椎相关的肿瘤病变，该方法通过高温加热直接消灭肿瘤组织，在控制好消融范围的情况下，可以将对人体正常组织造成的损伤降至最低。根据加热热源的不同，肿瘤消融可以分为激光消融、射频消融、超声消融和微波消融。作为无创手术，手术过程中需要利用CT、MRI等医学影像提供患者体内图像信息，辅助定位加热探针。

当前，计算机手术仿真有巨大的应用前景，能够在术前模拟手术情况，为手术方案的设计提供参考信息。在脊椎热消融手术仿真中，计算机主要能够在两个方面提供帮助。第一是三维建模，计算机可以通过图像分割的方法，从医学图像中提取人体脊椎结构，并转化为三维模型。第二是仿真计算，基于脊椎的三维模型，可以通过有限元分析的方法，模拟手术过程，计算温度分布与消融范围。

1 计算机智能分割与建模

医学图像的分割是对像素进行分类的过程，将属于目标对象的像素全部标记，从而将目标对象从图像中分割出来，获得目标的形状、边界、位置等信息。从包含脊椎的三维医学图像中，我们可以通过两种分割方法得到脊椎的几何结构，一是直接从三维图像分割；二是将多个二维图像的分割结果叠加起来。

过去几十年中，国内外对医学图像分割的研究十分广泛，研究方法也不断更新。最初是设置像素强度阈值来分割图像，之后是多种数学方法的应用，如区域生长、边缘检测、聚类等[1]。……