胚胎水平斷面數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)集攝取的關鍵技術研究

余中華，楊懿農(nóng)，向長和，謝正蘭，陳峽，饒利兵，2

1.懷化醫(yī)學高等?？茖W校醫(yī)學形態(tài)中心，湖南懷化 418000

2.中南大學湘雅醫(yī)學院人體解剖學與神經(jīng)生物學系，湖南長沙 410000

胚胎水平斷面數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)集攝取的關鍵技術研究

余中華1，楊懿農(nóng)1，向長和1，謝正蘭1，陳峽1，饒利兵1，2

1.懷化醫(yī)學高等專科學校醫(yī)學形態(tài)中心，湖南懷化 418000

2.中南大學湘雅醫(yī)學院人體解剖學與神經(jīng)生物學系，湖南長沙 410000

本文為探討如何取得更好的數(shù)字化虛擬人數(shù)據(jù)，以滿足虛擬人數(shù)字數(shù)據(jù)庫建立的需要。選擇合適的相機，經(jīng)過參數(shù)設置、相機固定、連接計算機、調(diào)試、后期圖片處理等步驟獲得1 800萬像素、分辨率為5184×3456的胎兒頭部斷面照片230張。從而證明，高效數(shù)碼相機的選擇和應用對胚胎數(shù)字化虛擬人數(shù)據(jù)的采集有重要意義。

高效；采集；虛擬人

數(shù)字化虛擬人是將人體形態(tài)學、物理學和生物學等信息，通過大型計算機處理而實現(xiàn)的數(shù)字化虛擬人體[1-2]，是可代替真實人體進行實驗研究的技術平臺。數(shù)字人是形態(tài)學水平的虛擬人體，具有與真實人體相近的形態(tài)結構和數(shù)據(jù)。目前，我國已經(jīng)成功完成了首例男、 女可視化數(shù)字人的制作[3]。完整、準確的獲取胚胎橫斷面數(shù)據(jù)集是實現(xiàn)可視化人體胚胎的基礎與關鍵。本文所討論的攝影方法是將懷化高等?？茖W?，F(xiàn)階段進行可視化人胚胎建模中所獲得的經(jīng)驗進行討論。

1 相機的選擇

數(shù)字化采集對照片的質量要求非常高，必須選擇高像素、高分辨率的相機。目前，相機品牌眾多，各種功能強大的相機比比皆是。為了選擇出符合要求的相機，在其功能參數(shù)上需要仔細對比。

首先相機像素必須達到1 000萬以上且分辨率在1280×1024以上才能初步滿足后期數(shù)字重建的要求。而在進行冰凍胚胎切片時需要快速對焦拍照，手動照相顯然無法達到要求，則需用通過計算機控制拍照。而能通過計算機控制拍照的相機相對比較少。經(jīng)過比較，我們選擇了佳能EOS 7D高效數(shù)碼相機。該相機最高像素1 800萬、最高分辨率5184×3456、高ISO感光度，經(jīng)改造后支持計算機控制拍照。（如圖1）在選擇佳能EF 24mm f/1.4L鏡頭（如圖1），可以使相片找出來效果更佳好（如圖2）。

2 相機的固定

在冰凍胚胎層次切片過程中，鉆銑機床的震動、工作平臺的移動、都會對相機拍照造成影響。為了保證所采集照片的質量，必須對相機進行固定。

我們采用不銹鋼三角架固定。將三角架擺放在鉆銑床工作臺的出口處，調(diào)整位置后在機床工作平臺上方固定相機，要求其能水平垂直拍照。這樣才能保證采集的圖像數(shù)據(jù)準確性（如圖3）。

圖1

圖2

3 相機的設置

圖3 A鉆銑臺 B相機和鉆銑臺 C相機與電腦連接

在進行拍照前，需對相機參數(shù)重新設置，采用最符合工作間要求的設置來進行拍照。設置中要考慮到工作間燈光強度、色溫、白平衡、曝光時間等問題。而我們針對工作間環(huán)境對相機初步設置為：焦距55mm ， f/13 ，1/80s，ISO100，相片大小為最大，輸出格式為JPG。必要時可根據(jù)光線不同來進行調(diào)整。

4 與計算機的連接

在相機數(shù)據(jù)采集中最重要的一項就是通過計算機控制相機拍照。

首先通過相機自帶數(shù)據(jù)線（USB接口）連接在計算機上，然后安裝其拍照圖象編輯軟件（EOS Utility），即可通過計算機進行拍照。通過軟件觀察標本位置，進行修正，自動對焦然后進行拍照。取得圖片后直接儲存在計算機中。

5 圖像去噪、配準、保存

取得胚胎斷層圖像數(shù)據(jù)后，將對圖片進行去噪修整，參考包埋時預留的定位桿按其算法[4]進行配準然后編號保存。

經(jīng)過以上步驟后獲得的照片像素約1 790萬、分辨率為5184×3456，每張占用儲存空間為11M。照片連續(xù)性好，位置穩(wěn)定，可以很好的用來三維數(shù)字重建。此攝影方法步驟可以很好的推廣應用到數(shù)字化虛擬人數(shù)據(jù)采集中去。

[1] 呂廣明，吳輝群，湯樂民，等.冷凍連續(xù)切片重建數(shù)字人腰髓[J].解剖學，2008，31（2）：232-234.

[2] 鐘世鎮(zhèn)，原林，唐雷，等.數(shù)字化虛擬中國人女性一號(VCH-F1)實驗數(shù)據(jù)集研究報告[J].第一軍醫(yī)大學學報，2003，23(3)：196-200，209.

[3] 唐雷，原林，黃文華，等.“虛擬中國人”(VCH)數(shù)據(jù)采集技術研究[J].中國臨床解剖學，2002，05(1)：324-326，329.

[4] 諸葛斌，周荷琴，唐雷，等.中國數(shù)字人數(shù)據(jù)集斷層圖像自動配準算法[J].中國生物醫(yī)學工程學報，2005，24(4):443-447.

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1674-6708（2010）18-0050-01