顱顏影像的三維模型重建與比對之研究與平台開發

測顱術是在顱顏與牙科臨床上常用且以可量測的幾何來定量人類頭部的一項放射技術，可用以描繪顱顏的前方、右側、或左側的型態，亦可供醫生在診療時了解病人頭骨結構、作診治的規劃與評估、預測與監測頭骨的發展。然而，測顱術的基本限制是它僅是二維的評估，因此在量測臉部標示點之間的關係時，常因為取像時臉部角度的差異而呈現相當程度的變異。相對而言，三維顱顏影像較能夠提供可靠的量測結果，也因此說明三維顱顏影像重建的重要：參考多張不同角度的測顱影像，從中擷取特徵點並在影像中藉由特徵點對應彼此的相對位置，進而建構三維的臉部表面模型。再輔以電腦斷層掃瞄影像或磁振造影影像，臉部表面和其下的硬組織(頭骨部分)即可以三維的方式呈現。在本計畫中，我們提出影像分割、特徵擷取、標示點比對與辨識、由二維測顱影像和臉部表面掃描之三維影像重建、與視覺化等演算法。我們也將研究並實作對稱型影像切割(symmetric region grow)、平均移動(mean shift)、等階集合模塑(level set modeling)等方法以穩定且有效的擷取顱顏影像的特徵。我們也將探討並提出經改良的迭代最近點(iterative closest point)演算法，在不同顱顏影像比對時以階層式可調控方式的辨識堅硬(rigid)與非堅硬(non-rigid)特徵點。在實作部分，我們將建構軟體平台，將個別的影像處理、分析、視覺化功能以元件的方式安裝於平台上。元件之間彼此獨立，但相關的元件可以組合成一系列的處理程序，執行特定的醫學個案分析；此處理程序可以儲存為組態檔供未來重複使用。本計畫規劃在三年之內完成。在第一年，我們將以程式建構軟體平台的基本架構與雛形。基本的影像顯示與處理功能都將在此階段完成，使用者可以互動的方式(自動或半自動的方式將在第二年完成)藉由系統提供的編輯工具執行二維測顱影像的標示和比對。在第一年後期與第二年期間，我們將以元件導向的方式實作對稱型影像切割、平均移動、等階集合模塑、與半自動的擷取顱顏影像特徵演算法。這些元件將以動態連結的方式嵌入平台。同時，我們也將以Amira 為平台開發相同的元件，提供作為未來作效能比較。在第三年中，我們將實現改良的迭代最近點演算法，並就整個軟體平台作單元/整合/系統測試，由共同主持人協助以臨床顱顏影像測試以對平台作調整。在本計劃執行過程中，軟體平台建置的核心重點之一是其延展性，以確保平台亦可應用於其他不同的生醫資訊的分析。

系統編號:PB9801-2178
原計畫編號:NSC97-2221-E182-037-MY3