軟骨組織應力分析及其三維重建方法研究.pdf

1、生物力學的靈魂是應力與生長，功能性適應則是生物力學普遍規(guī)律。本文對體外培養(yǎng)軟骨組織及支架應力特性的研究，是從微觀角度來研究應力環(huán)境與體外培養(yǎng)軟骨組織的關系及其力學-生物學轉導機制。近年來，軟骨組織工程研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)脂肪干細胞在一定生長因子誘導下，可以轉化為軟骨細胞，給軟骨組織工程提供新的種子細胞。隨著組織工程技術不斷進步，為臨床提供一種全新的治療關節(jié)軟骨缺損研究方向。利用計算機獲得軟骨組織三維仿真模型，不僅在影像角度實現(xiàn)了軟骨組織三

2、維可視化，還可利用仿真模型進行軟骨組織力學特性仿真研究，對軟骨組織工程修復與再生有重要意義，可以為軟骨組織生物力學方面的研究工作提供方便。本文主要探究的是軟骨組織三維模型應力分析的兩個關鍵技術，應力分析和圖像三維重建。
　　本文以中國醫(yī)科大學骨科實驗室探究體外培養(yǎng)軟骨組織及支架應力特性的實驗為背景，通過對實驗深入調研及基礎理論的學習，利用醫(yī)學圖像處理、計算機仿真及軟件工程技術，設計并實現(xiàn)了軟骨組織三維重建及應力分析系統(tǒng)。本文采用直

3、方圖均衡化、中值濾波及形態(tài)學濾波算法對圖像預處理，采用基于SIFT圖像拼接算法，Ray Casting算法，實現(xiàn)圖像拼接和三維繪制功能。
　　本文設計的系統(tǒng)主要功能模塊包括基于軟骨組織切片圖像的三維可視化模塊和軟骨組織及支架應力分析兩部分。其中，三維可視化部分包括斷層圖像獲取與輸入、圖像濾波與增強、圖像拼接、斷層圖像插值及三維可視化等模塊;而應力分析部分包括實驗數(shù)據(jù)獲取與輸入、繪制數(shù)據(jù)散點圖、數(shù)據(jù)曲線擬合等模塊。此外，分別對上述功