1.2.1 基于医学影像的几何建模
CT、MRI等医学影像数据把特定部位的扫描信息储存为三维的矩阵，通过对这些矩阵信息（如灰度值等）进行处理，可以区分并还原组织和器官的形态和位置，该过程称为医学影像三维重建。心血管系统通常为腔体和管道结构，内部的血液与周围组织的成像性质有所差异，因此通过特定的筛选方式，即可对目标心血管区域进行重建。
MIMICS是由比利时Materialise公司开发的一款集图像编辑、测量、可视化于一体的先进交互式医学影像处理软件，兼容CT、MRI等多种医学影像数据，并提供丰富的影像分割、编辑、数据建模等相关模块和工具［7］。下面以主动脉的影像三维重建过程展示MIMICS影像建模的基本功能和思路。
1）读取影像数据
首先把心脏CT扫描的DICOM格式数据读入MIMICS软件中，即可在视图窗口区域查看影像，其分别为冠状位、横断面和矢状位的视图（图1-7）。通过设置灰度值显示的上下限，调整图像的对比度（图1-8），可以使血管系统与周围组织更清晰地区分开来，方便使用者快速、准确地找到其目标的组织区域和器官部位。
图1-7 读取DICOM格式的影像数据
图1-8 调整图像对比度
2）阈值筛选(https://www.daowen.com)
在图层面板中创建图层，图层的信息是根据影像的灰度值进行建立的。通过灰度值的范围设置可对区间内的影像数据进行筛选，如图1-9所示。调节阈值筛选的范围，可在视图区看到图层区域的同步变化并以彩色高亮显示，以此确定阈值的选择范围，需要把目标建模区域包含在内。在本案例中，设置灰度值筛选区域为226～2 278，即可筛选出主动脉所在的区域。
图1-9 通过阈值筛选建立数据图层
阈值筛选的空间区域范围与影响数据的扫描空间等同，因而可能存在大片冗余区域进入筛选的图层，干扰建模。对筛选后的图层进行编辑，使用Crop Mask功能可实现对建模空间的调整，使建模空间缩小至主动脉附近区域，如图1-10所示。
图1-10 调节图层建立的空间区域
3）图像分割与编辑
由于其他一些组织的灰度值与血管相近，在建模空间中通过阈值筛选后的图层仍包含部分目标血管以外的其他组织，需要对图层进行进一步的编辑和精细化处理。MIMICS中提供的Split Mask功能可快速、智能地实现图像的分割。把目标建模区域（主动脉和心室部分）选取为主建模区域（Region A），其他多余区域（如脊柱、肺动脉等）选取为次建模区域（Region B），软件即可通过区域插值对图层进行智能分割，实现对干扰组织的清除，如图1-11所示。
图1-11 利用分裂图层清除多余的组织区域
此外，MIMICS还提供了丰富的图层编辑功能，如Edit Mask等，可以对图层局部进行增加、擦除等精细化的编辑，从而只保留建模所需区域的像素点，如图1-12所示。MIMICS还提供不同图层间的布尔运算功能，可以实现更精确、快速的建模。
图1-12 图层编辑清除干扰的部分
4）生成三维血管模型
当图层编辑完成后，可以通过三维预览功能预览模型重建后的形态，如图1-13所示。根据预览的三维模型，进一步对图层进行编辑和处理，使得重建的模型符合目标预期。确认图层编辑完成后，通过Calculate Part功能就可以根据图层像素点位置生成三维的网格面片，并可以导出为stl文件，即完成目标血管影像的三维几何建模。
图1-13 利用三维预览功能查看分割后图层所对应的三维模型
本节主要介绍了使用MIMICS进行影像三维重建的基本流程。如何正确地从影像中筛选出目标区域，是影像重建最关键的一步。MIMICS软件提供了影像数据与对应三维模型实时同步交互的功能，大大降低了影像重建的难度。此外，重建完成后的模型表面一般均较为粗糙，在MIMICS中还能实现进一步的光滑等修复工作。