中国人三维数字化肝脏模型系统的建立

目的 建立中国人的可视化三维虚拟肝脏系统,为临床诊断、治疗提供决策依据,为肝外科虚拟手术的发展提供可视化平台.方法 选取中国可视化人的腹部断层图像资料,开发三维可视化软件,对肝脏重要结构进行精确分割,联合运用表面重建与体积重建的方法,建立数字肝脏模型系统,并赋予该系统多种交互功能.结果 三维数字肝脏模型系统成功建立.该系统具有任意移动、旋转、缩放、切割和多种显示等功能;具备多种测量功能;具备一定的虚拟手术功能.重建效果准确、逼真.结论 三维肝脏系统能真实展示肝内、外重要结构的解剖特征,功能全面,操作简便.它的建立为临床诊疗提供了有效的参照系统,为肝外科虚拟手术的发展提供了平台.     

下颌骨的连续横断层解剖与可视化模型

目的 通过下颌骨的连续横断层解剖与计算机建立下颌骨的三维数字化模型,为下颌骨疾病的影像学诊断及治疗提供形态学依据及三维可视化模型.方法 采用尸体标本,进行包埋、切削,获取数字人数据集,对其中与下颌骨有关的二维图像,逐层提取其轮廓线,导入Amira医学三维重建软件进行重建,经表面光滑处理并渲染形成下颌骨三维模型,以下颌骨CT为断层解剖进行对照研究.结果 利用数字人数据获得下颌骨的连续横断层解剖图片,经三维重建获得下颌骨精细的模型,下颌牙的解剖学形态,并准确地显示出下颌神经管的位置.结论 下颌骨的连续横断层解剖与重建获得的下颌骨三维模型,为下颌骨的影像学诊断、颌面部整形外科手术及下颌牙齿种植术等,提供解剖学可靠的依据.     

胰腺及其周围结构的三维重建研究

目的 建立胰腺及其周围结构三维可视化模型,为胰腺疾病的影像学诊断及外科手术方案选择提供形态学依据.方法 应用中国数字化可视人体数据集,选取从脾上缘至十二指肠下段连续断面图像,对断面图像轮廓进行数据分割,并运用体数据绘制及表面绘制的重建方法,在计算机上对胰、脾外形及其内部管道系统与其毗邻结构进行三维重建和立体显示.结果 重建出了胰腺及其周围结构的三维可视化模型,该模型具有多种显示功能,可显示任意切面的结构,同时也可以任意放大、缩小和任意角度旋转观察.结论 该模型直观揭示了胰、脾及其毗邻区域的三维解剖结构,有助于临床解剖教学以及该区域病变的诊断及手术方案的制定.     

中国数字人男一号上肢解剖结构的三维可视化研究

目的 建立中国数字人男一号上肢骨骼肌肉高精度三维模型,为解剖教学、计算机辅助手术计划等应用提供三维数据集. 方法 首先基于中国数字人连续断层图像的四个定位杆坐标值,对断层图像进行射影变换,消除其射影失真.纠正失真后的断层图像再计算其四个定位杆中第一个定位杆图像的质心坐标值,将断层图像裁剪成大小一致的断层图像.其次使用Photoshop中knockout滤镜,完成断层图像的分割.最后使用Mimics软件完成三维重建,基于虚拟现实技术实现模型的网络发布与共享. 结果 建立了中国数字人男一号上肢骨骼肌肉精确的三维模型. 结论 上肢骨骼肌肉模型的三维交互可视化可以准确反映该区域复杂的解剖结构及其空间毗邻关系,同时为数字人三维可视化提供了一种精确快速的方法.     

基于中国数字人CT数据重建膝关节有限元模型

目的建立精确的数字力学人膝关节模型。方法采用中国数字人男1号数据,使用经Materialise公司授权的MIMICS8.1医学图像重建软件进行三维有限元建模,其结果导入有限元系统进行处理。结果建立起形态学高度拟真的膝关节模型。结论数字力学人模型可进行有限元计算,其精度能更好地满足数字化医学对计算机模拟论证的要求。     

数字化技术在骨科的临床应用

目的 探讨数字骨科学理论及数字化技术在骨科中的应用. 方法 数字骨科解剖学:获取健康成人下肢连续薄层CT扫描数据,三维重建股前外侧皮瓣结构并立体显示;获取健康成人髋髓膝、踝关节连续薄层CT扫描数据,三维重建各关节后均建股骨头、膝关节、胫骨平台、踝关节中心,三维重建下肢的机械轴线.数字骨科手术设计与应用:获取12例成人单侧髋关节发育不良患者骨盆连续螺旋CT扫描数据,三维构建患侧髋关节解剖旋转中心,设计髋臼侧假体最佳置入导航模板并应用于临床,验证结果.虚拟骨科仿真:获取8例男性志愿者腰椎螺旋CT扫描数据,三维重建L4.5椎体、椎间盘及韧带,建立Wallis系统模型,按标准手术模式与腰椎模型拟合,进行有限元前处理:选取单侧先天性髋关节脱位儿童1例,模拟Pcmbc rton截骨矫形过程. 结果 重建的数字化模型可准确反映解剖学结构特点,快速成型导航模板有较好的匹配性,且操作易行、可靠;虚拟仿真可以再现手术方式及过程. 结论 重建的图像可以提供骨关节正常三维动态解剖,为“数字骨科学”概念的建立奠定了良好的基础.     

多源医学影像数据重构膝关节骨与韧带结构的三维工程化模型

目的利用多源医学影像数据重构人体活体膝关节骨与韧带结构的三维工程化模型,探索数字医学研究在临床应用的方法。方法采集无损伤膝关节CT和MRI影像数据,导入重构软件。提取骨与韧带结构分别构建三维工程化模型。以外部标记物为参照进行三维工程化模型的配准和融合。结果基于CT和MRI影像数据构建出膝关节骨与韧带结构的三维工程化模型,清楚显示了膝关节骨骼和韧带的空间立体位置关系。结论人体活体多源影像数据重构三维工程化模型技术不同于传统可视化三维重建技术,为数字医学研究的临床应用提供了可行的方法。     

数字化虚拟腰椎的三维重建及可视化研究

 目的 研究数字化虚拟腰椎及其周围结构的三维重建,建立基于中国数字人数据的腰椎三维可视化模型。方法 采用南方医科大学虚拟中国人数据集,选取L4椎体上关节突上缘至L5椎体下关节突下缘的连续断层图像,为适当减少后期图像处理工作量,于每两层选取一张,总共185张断层图像。使用Photoshop软件对断层图像进行配准、分割、格式转换等处理。将不同结构的分割图像分别导入Mimics 10.01软件中,完成三维重建。将不同结构的STL格式的三维模型导入到Mimics软件中,配合软件中的各功能模块,完成对其结构的三维重建及可视化研究。结果 建立的数字化虚拟腰椎及其周围结构的三维模型各结构可单独显示,改变透明度,可观察各结构的位置毗邻关系,并具有任意移动、旋转、缩放、切割、三维测量和多重显示等功能,实现了任意视角下的三维可视化,并能为脊柱内镜手术仿真系统提供可靠的三维模型。结论 数字化虚拟腰椎的三维重建及可视化,可真实地显示腰椎及其周围组织的重要结构,为腰椎解剖学、个性化诊疗规划和虚拟腰椎手术提供了形态学依据。     

肝脏外科中的虚拟手术方案设计

目的探讨三维可视化及虚拟手术技术应用于肝脏外科的准确性及实际意义。方法利用灌注成像HCT扫描法对35例肝脏标本及其肝内主要管道系统进行扫描,采集二维图像数据;利用3DMED软件对二维图像数据进行三维可视化重建,并对重建肝脏模型的体积与肝脏标本实际情况进行对比研究;在准确重建的三维模型上使用虚拟手术工具对其进行模拟手术分割,并按照虚拟分割层面,对相应肝脏标本进行实际分割。结果重建后的肝脏模型三维效果逼真,立体感强,可任意角度旋转、观察;能够显示肝内各主要管道系统的空间位置关系,并较准确地反映肝脏体积及肝内管道系统的真实情况。虚拟手术系统对重建的肝脏模型可进行任意曲面切割,断面能显示所遇到之管道结构,并与实际肝脏标本的切割断面情况相符。结论三维可视化重建基础上的虚拟手术技术是肝脏外科有效的辅助工具;对制定合理的手术预案具有重要的临床价值。     

踝关节与跟骨骨折数字化虚拟可视重建的初步研究

目的探讨数字化虚拟可视技术在足踝部骨折建模及其临床应用的可行性与价值。方法利用“虚拟中国人”女1号及足踝部骨折患者CT扫描图像及其数据集，将数据导人相应软件，重建足踝部正常解剖结构的三维可视模型，选取踝关节骨折、跟骨骨折患者进行内固定手术的初步计算机模拟并立体显示。结果重建了足踝部正常解剖及踝关节、跟骨骨折的三维可视模型，准确反映出其解剖学特点、骨折移位的方向和程度，并可进行任意旋转、剖切等观察和操作，初步实现踝关节骨折内固定手术的计算机模拟。结论数字化虚拟可视技术的应用可以提供三维解剖模型，可能为足踝部骨折的数字化分型、临床诊治方式的选择与改进等提供更为精准的解剖学及影像学依据。     

肝及肝内管道主支可视化研究

目的　建立中国人体肝脏及依据肝内格利森 (Glisson)系统第三级分支所划分的肝段数字化可视模型 ,为肝脏疾病的影像学诊断及肝段外科手术方案选择提供形态学依据。方法　采用我所建立的数字化可视人体数据集肝脏部位连续图像 ,观察其二维形态结构 ,并运用体数据绘制及表面绘制的重建方法 ,分别在IntelPentium 4处理器计算机和SGI工作站上对肝脏、胆囊外形及肝内管道系统主支结构进行计算机三维重建和立体显示。结果　肝脏及肝内管道数字化可视模型能够清晰显示肝脏形态结构、位置毗邻关系 ,以及肝内管道系统主支的分布特点和相互间的三维空间解剖结构关系 ,并可对三维重建模型进行任意经线和角度的适时三维测量。结论　数字化可视人体数据集能够较好地提供完整而精确的解剖学断面数据 ,肝内管道系统的三维重建可视化模型准确反映出该肝脏区域复杂的解剖学结构特点及其管道间的空间毗邻关系 ,可为肝脏疾病的影像学诊断和外科手术学治疗方案的选择提供形态学依据。     

经颈静脉肝内门体静脉分流术三维模型构建与可视化

目的建立中国人体经颈静脉肝内门体静脉分流术三维数字化可视模型，为经颈静脉肝内门体静脉分流介入手术的影像学诊断及手术方案选择提供形态学依据。方法采用我所获取的数字化可视人体数据集连续图像，运用体绘制和面绘制重建法对颈静脉、腔静脉、心脏、肝脏及肝内静脉管道系统的结构进行计算机三维重建和立体显示。结果数字化可视模型能够清晰显示经颈静脉肝内门体静脉分流术所经器官的形态结构特点、位置毗邻关系，以及肝内管道系统主支的走行分布和相互间空间解剖结构关系，并对三维重建模型进行任意经线和角度的三维测量。结论经颈静脉肝内门体静脉分流术三维重建数字化可视模型能准确反映出该路径复杂的解剖学结构特点及其空间毗邻关系，为经颈静脉肝内门体静脉分流术的影像诊断和介入治疗提供形态学依据。     

盆腔动脉三维重建研究及其临床意义

目的采用中国数字化可视人数据集中的女性盆腔数据建立盆腔内主要动脉的三维可视化解剖模型,从多方位、多角度对盆腔内动脉的空间结构进行立体显示。方法应用首例中国女性数字化可视人体数据集,运用3D-DOC-TOR软件,在计算机上实现盆腔内主要动脉解剖结构的三维可视化。结果成功建立了盆腔内主要动脉解剖结构的三维可视化模型,该模型能进行任意方位的旋转,能清晰地显示出各个方位的解剖结构。结论可视化盆腔动脉三维重建模型为盆腔微创手术和盆腔血管内介入治疗的开展提供了准确的形态学依据,为虚拟手术奠定了基础。     

基于CT数据的计算机辅助髋关节体素三维重建与应用

目的计算机辅助建立髋关节可视化三维解剖模型为影像诊断学和虚拟外科手术提供形态学资料。方法选取30例患者,对其髋关节进行螺旋CT扫描,扫描数据以Dicom3.0格式直接导入计算机图形图像工作站,进行精确勾画及三维体素重建。结果三维重建模型能清楚显示髋关节骨性结构的毗邻空间关系,完整显示了髋关节及骨髓腔等的轮廓及内部细节并能在三维空间内能够任意角度旋转观察。结论计算机辅助髋关节三维重建和可视化可全面准确重现髋关节三维立体形态和空间关系,为进一步研究有限元生物力学研究、髋关节假体设计及虚拟植入等提供基础。     

快速成型的个体化人工半膝关节的研制--股骨髁的三维建模

目的探讨由螺旋CT扫描数据获取关节软骨表面轮廓信息的方法,为基于快速成型技术的个体化人工半膝关节研究奠定基础. 方法采用Picker 6000螺旋CT机对股骨远端进行层厚1 mm扫描,在CT机Voxel Q图像工作站进行三维容积重建,之后对重建数据间隔0.1 mm下载二维断层图像.应用自行开发的数据格式转换软件,对下载图像进行滤波、去噪等处理,求出断面图像的二维边缘轮廓矢量化数据,输入Surfacer 9.0软件进行矢量化三维重建.针对关节软骨轮廓的识别及假体设计的需要,提取出较精确的关节软骨表面轮廓三维图像,用于个体化人工半膝关节的计算机辅助设计. 结果实现了CT图像信息的矢量转换,获得了有关的关节软骨表面轮廓三维实体模型. 结论由螺旋CT数据进行关节软骨外形轮廓的矢量化重建,可获得精确的关节软骨轮廓三维实体模型,其可编辑性强,为复合大段异体骨移植的人工半膝关节假体计算机辅助设计和快速成型制造奠定了基础;对医学图像信息的矢量转换简便易行,在骨科、口腔颌面外科生物制造领域有较好的应用前景.     

正常成人阴茎及其毗邻组织结构的可视化研究

目的建立正常成人阴茎及其毗邻结构的数字化可视模型，为阴茎整形修复获得手术前后形变参数及手术方案的选择，提供形态学依据。方法采用第三军医大学解剖学教研室建立的数字化可视人体数据集（chinese visible human，CVH）部分连续图像，运用表面绘制的方法，对阴茎及其毗邻组织结构进行计算机三维重建和立体显示。结果可视化模型可清晰显示阴茎内部及毗邻结构的形态、分布特点和相互间的三维空间解剖关系。重建图像能单独或联合显示，并可进行任意径线和角度的适时三维测量。结论阴茎可视化模型能够准确反映出该区域复杂的解剖学特点及其内部空间毗邻关系，可为成人阴茎整形修复外科手术提供重要的形态学数据来源。     

A novel technique for three-dimensional reconstruction for surgical simulation around the craniocervical junction region

Performing surgeries on the craniocervical junction presents a technical challenge for operating surgeons. Three-dimensional (3D) reconstruction and surgical simulation have improved the efficacy and success rate of surgeries. The aim of this study was to create a 3D, digitized visible model of the craniocervical junction region to help realize accurate simulation of craniocervical surgery on a graphic workstation. Transverse sectional anatomy data for the study were chosen from the first Chinese visible human. Manual axial segmentation of the skull base, cervical spine, cerebellum, vertebral artery, internal carotid artery, sigmoid sinus, internal jugular vein, brain stem, and spinal cord were carried out by using Photoshop software. The segmented structures were reconstructed in 3 dimensions with surface and volume rendering to accurately display 3D models spatially. In contrast to conventional 3D reconstruction techniques that are based on computed tomography and magnetic resonance imaging Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) inputs and provide mostly osseous details, this technique can help to illustrate the surrounding soft tissue structure and provide a realistic surgical simulation. The reconstructed 3D model was successfully used in simulating complex procedures in the virtual environment, including the transoral approach, bone drillings, and clivus resection.     

左肝内胆管结石患者的64排CT数据集的三维重建和左肝切除可视化仿真手术的研究

目的 探讨64排螺旋cT的左肝内胆管结石的扫描数据,进行图像程序分割、三维重建和左肝切除术的可视化仿真手术.方法 利用64排cT扫描采集肝内胆管结石的数据集.运用医学图像处理系统(MIPS)对CT序列图像进行程序分割和三维重建,得到肝胆三维模型的数据以标准模板库STL格式输出,然后导入FreeForm Modeling System(FreeForm)利用自行开发的虚拟手术器械进行左肝切除的可视化仿真手术.结果 利用MIPS软件进行肝内胆管结石二维的CT图像程序分割速度快、效果满意.将分割的数据进行三维重建所获得的肝胆模型结构清晰、立体感强,形态逼真,可完成左肝切除的可视化仿真手术.结论 MIPS可以有效、快速地完成肝内胆管结石的64排螺旋CT的二维图像数据的程序分割、三维重建及在FreeForm进行左肝切除可视化仿真手术,为仿真的胆道外科手术提供思路.