仿真环境下医学器官的三维有限元建模方法

背景:通过医学影像图片数据进行三维重建的模型主要应用于医学临床分析,而采用激光扫描进行逆向重建时建立的模型主要用于生物力学分析。生物力学模型建立的精确程度,直接影响分析结果。目的:分析采用医学影像图片数据和三维激光扫描重建医学器官模型的两种方法及意义。方法:①通过人体CT断层扫描医学影像图片数据,并运用医学重建软件进行三维重建。②采用三维激光扫描仪对医学模型进行扫描得到点云数据,再利用逆向处理软件实现医学器官模型的逆向重建。结果与结论:两种方法都可以建立符合人体解剖结构、可进行生物力学仿真计算的几何模型和有限元模型。医学影像CT/MRI数据重建的三维模型,能够真实再现被扫描对象的表面特征及内部结构,该模型为临床辅助诊断、手术规划、整形、假肢设计及解剖教学等方面提供了可靠的参考模型。三维激光扫描所得点云数据进行逆向重建,具有测量精度高、速度快,能够反映所测标本的表面形态,该模型可在交通运输、军事领域中因发生钝性冲击对人体内部器官造成的损伤进行计算机仿真分析。     

仿真环境下医学器官的三维有限元建模方法

背景：通过医学影像图片数据进行三维重建的模型主要应用于医学临床分析,而采用激光扫描进行逆向重建时建立的模型主要用于生物力学分析。生物力学模型建立的精确程度,直接影响分析结果。目的：分析采用医学影像图片数据和三维激光扫描重建医学器官模型的两种方法及意义。方法：①通过人体CT断层扫描医学影像图片数据,并运用医学重建软件进行三维重建。②采用三维激光扫描仪对医学模型进行扫描得到点云数据,再利用逆向处理软件实现医学器官模型的逆向重建。结果与结论：两种方法都可以建立符合人体解剖结构、可进行生物力学仿真计算的几何模型和有限元模型。医学影像CT/MRI数据重建的三维模型,能够真实再现被扫描对象的表面特征及内部结构,该模型为临床辅助诊断、手术规划、整形、假肢设计及解剖教学等方面提供了可靠的参考模型。三维激光扫描所得点云数据进行逆向重建,具有测量精度高、速度快,能够反映所测标本的表面形态,该模型可在交通运输、军事领域中因发生钝性冲击对人体内部器官造成的损伤进行计算机仿真分析。     

正常女性盆底可视化与CT、MRI对比研究

目的应用中国女性数字化可视人体有关盆底形态学信息,探讨人体盆底薄层断面影像学形态规律.方法从中国正常女性数字化可视人体数据集中选取从髂嵴上缘到坐骨结节下缘的连续断面图像与其相对应的CT、MRI断面图像对照,观察盆底的细微解剖结构并进行计算机三维重建及立体显示.结果在可视化人体盆底断面标本与其相对应的CT、MRI断面图像上,能清晰显示出盆底肌、筋膜及其周围间隙,三维重建图像能够清晰显示盆底肌与骨性结构、膀胱、子宫及直肠等的三维解剖关系.并明确盆底肌在横断面上的最佳显示断面.结论探讨盆底复杂的细微解剖结构及其空间毗邻关系,对复杂盆底功能性疾病的早期而全面的影像诊断及指导外科手术治疗具有重要的意义.     

16排螺旋CT泌尿系的三维重建技术

目的:探讨16排螺旋CT泌尿系的三维重建技术。方法:在16排螺旋CT进行26例泌尿系的增强扫描时,增加一个延迟扫描系列,将采集的数据进行尿路的三维重建成像。逐例回顾观察,并分析成像的质量。结果:三维重建的影像立体感强,能反映尿路的全貌和解剖的走行方向。重建成像的质量与延迟扫描的时间关系密切,30min的成像满意率为92%,达到了较高的比例。结论:泌尿系螺旋CT三维重建(CTU)的清晰影像,能反映人体内部器官的真实解剖图形和肾功能的代谢,可以取代传统的静脉尿路造影(IVP)。     

可视化肝脏横断面解剖与MR影像对照研究

目的应用数字化可视人体肝脏薄层横断面结构形态学信息,为人体肝脏断层影像学的识别与诊断提供解剖学依据.方法选取可视化人体数据集的肝脏连续横断面图像进行解剖形态学观察,与其相对应的MR图像对照研究,并完成计算机三维重建.结果在可视化肝脏横断面与其相对应的MR图像上,清晰显示肝内管道系统主支的走行分布特点,三维重建图像能清晰显示肝内管道空间结构特征,并明确肝内管道主支在肝脏横断面的最佳显示平面.结论通过对肝脏横断面解剖结构的探讨,可视化肝脏能够完整而精确地反映出该区域复杂的解剖学结构特点,为肝脏疾病的影像定性诊断及影像辅助定位治疗提供形态学依据.     

脊髓造影螺旋CT重建颈椎病仿真解剖模型的意义

背景：随着螺旋CT及计算机图像后处理技术的进步，医学仿真影像学在复杂颈椎病的诊断与治疗中获得了良好的临床应用效果。 目的：观察脊髓造影螺旋CT扫描多平面重建及三维重建颈椎影像仿真解剖模型的效果及其临床意义。 设计、时间及地点：计算机三维重建，金标准对比实验，于2001—01／2006-01在苏州大学附属第二医院完成。 对象：接受手术治疗的20例病情复杂的颈椎病患者。 方法：对20例患者进行颈脊髓造影螺旋CT薄层扫描，分别行多平面重建和三维重建，建立颈椎CT仿真解剖模型。将扫描及其重建结果用于术前病情评估、模拟手术，并以手术直视所见为金标准评价仿真解剖模型的准确性和效能。 主要观察指标：仿真解剖模型的准确性和效能。 结果：仿真解剖模型可同步显示骨性椎管和膜性椎管，为术前评估和模拟手术提供了颈椎全面、细微骨性解剖结构和硬膜囊、脊髓、神经根袖等软组织受压等解剖信息，与患者实际解剖相符合。 结论：仿真解剖模型直观、逼真，准确再现了颈椎解剖，可应用于综合评估颈椎病病情并模拟手术。     

数字化心脏解剖系统的构建

目的：探讨新的构建心脏解剖系统的方法,为影像医学、心脏手术和解剖学教学提供参考。方法：对VHP数据集心脏断面图像进行连续追踪观察,对分割结果进行三维重建;利用Maya三维动画软件对重建心脏进行修正以及对心脏供血过程进行动画设定。结果：VHP心脏断面图像清晰,可清楚显示心脏各部分组织,心脏重建图像质量高,心脏供血过程动画准确、生动。结论：研究采用传统编程技术与Maya三维动画软件相结合进行三维重建的新方法,实现了基于VHP数据集的心脏解剖系统的构建,为影像医学和心脏手术提供了解剖学参考,也为解剖学教学提供了新的教学软件。     

尸体肝脏横断面解剖与CT增强影像对比研究对活体肝移植的术前评估

目的 用国人尸体肝脏薄层横断面结构形态学信息,为人体肝脏断层影像学的识别和活体肝移植提供解剖学依据。方法选取人体尸体肝脏连续横断面图像进行解剖形态学观察,与其相对应的CT增强图像对照研究,并完成计算机三维重建。结果在尸体肝脏连续横断面图像与其相对应的CT增强图像,清晰显示肝内管道系统主支的走行分布特点,三维重建图像能清晰显示肝内血管空间结构特征以及所支配区域的空间体积。结论通过对肝脏横断面解剖结构的探讨,CT增强图像能够完整而精确地反映出该区域复杂的解剖学结构特点,为活体肝移植的术前评估提供坚实的形态学基础。     

医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景:VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。目的:介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。方法:基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C++6.0IDE开发工具,使用C++语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。结果与结论:基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

医学图像的三维重建及基于VTK的实现和应用

背景：VTK是一个免费的图像三维重建和处理的专业开发平台,其功能强大,源代码开放,用户可以根据自己的需求灵活的定制和开发。目的：介绍图像三维可视化中常用的面绘制和体绘制两类可视化技术的原理,以及其典型的Marching Cubes和Ray Casting三维重建算法,并对重建的三维医学图像的应用和扩展进行了探讨。方法：基于免费的VTK可视化开发包平台和Visual C＋＋6.0IDE开发工具,使用C＋＋语言,采用真实人体CT数据集,实现CT图像的三维重建和应用扩展。结果与结论：基于VTK平台,采用面绘制和体绘制不同绘制原理实现了医学图像的三维可视化。重建得到的三维医学图像,显示效果清晰直观,并且可以配合进行三维医学图像的测量、虚拟切割等操作,取得了较好的效果。     

The overview of robot surgery

Surgical operations have developed in the method which skillful surgeon's hands and eyes are used. However, to realize a new surgical therapy in the 21st century, it is necessary to use various advanced technologies; surgical robots, three dimensional medical images, computer graphics, computer simulation technology and others. Three dimensional medical image for surgical operation provides surgeons with advanced vision. Surgical robots provide surgeons with advanced hand, but it is not a machine to do the same action of a surgeon using scissors or a scalpel. The advanced vision and hands available to surgeons are creating new surgical fields which are minimally invasive surgery, non-invasive surgery, virtual reality micro-surgery, tele-surgery, fetus surgery, neuro-informatics surgery and others in the 21st century.     

基于PC机上颅颌面虚拟手术仿真平台的建立及应用

颅颌面解剖结构复杂使得外科手术难度较大,因此十分必要进行术前模拟以保证手术成功,颅颌面结构的三维重建与手术仿真是目前国内外研究的热点.应用薄层CT扫描数据集,利用Mimics软件对336层,层厚为1.0 mm的CT二维图像数据进行分析处理,并进行颅颌面的三维重建研究与虚拟手术设计.初步建立了数字化可视颅颌面虚拟手术仿真平台,并精确地模拟了颌面外科常见的3种手术方式,即Lefort Ⅰ截骨术、下颌角截骨术和颏成形术.结果提示在普通计算机上应用Mimics软件可以建立数字化可视颅颌面虚拟手术仿真平台,并对其应用进行了探讨,为科研、教学及临床手术规划提供了方便、快捷、直观的方法,并就虚拟手术设计在普通计算机上的应用进行了讨论.     

虚拟现实技术在髋臼手术中的应用

背景：目前国外已经对医学虚拟现实,尤其是在虚拟医学手术仿真训练等方面都进行了一定的研究和实践,但并不能完全适应骨科手术的临床需要。而髋臼骨折因其复杂性治疗闲难,临床医师选择适当治疗方案和手术入路的主要依据来源于影像学检查,常难以准确判断空间立体关系。目的：综合分析虚拟现实技术在髋臼手术中的应用情况。方法：作者于2010-10通过互联网计算机检索了中国期刊全文数据库（CNKI）、PubMed数据库、万方数据库及维普数据库1980-01／2010-10以中文或英文公开发表的有关髋臼虚拟手术系统研究方面的论文,以有限元模型（Finiteelementmodel）、髋臼骨折（Acetbularfraclure）、虚拟手术（ViSualSurgery）为检索词,排除方法重复、相关参数未做详细介绍的论文。结果与结论：初检得到115篇文献,保留其中32篇文献进一步分析。结果显示,髋臼虚拟手术系统可对懿臼的复杂特性进行分析,并提供在三维虚拟空间进行交互操作,以方便医生对患者的病患部位进行观察和虚拟的手术模拟,从而做出及时、准确的诊断并确定手术方案。建立可供骨科手术和手术前规划使用的虚拟平台,在医学骨科手术教学和仿真训练等方面都有良好的应用前景。     

Virtual colonoscopy: a new approach for colorectal cancer screening.

Virtual endoscopy is the processing of computerized tomography image data to create a virtual environment of the human body to allow diagnosis of disease processes. This new technique allows the observer the opportunity to interact with an image that is artificially generated by the computer. Virtual colonoscopy provides a method for processing data that can display computer images of the colon in a more anatomic life-like format to facilitate image interpretation and improve diagnostic accuracy. The clinical application of virtual endoscopic techniques is also being used with other procedures such as bronchoscopy, gastroscopy, cystoscopy, sinus imaging, virtual angioscopy, and cerebral ventriculography. Current screening recommendations for colorectal cancer are discussed in this article along with methods, advantages, challenges, and future opportunities for virtual colonoscopy.     

数字化医学技术与脊柱外科的临床应用

背景：随着现代科学技术尤其是计算机技术和医学技术的迅猛发展,现代脊柱外科进入了一个崭新的时代,呈现出数字化、个性化、显微化、精确化和人工智能化的发展趋势。 目的：探讨数字化技术在脊柱外科中的应用研究进展。 方法：义乖检索词为“脊椎（spine）：腰椎（1umbar）;颈椎（cervical）;数字化（digitization）;脊柱外科（spinaIsurgery）;数‘弘骨科学（digitalorthopedics）;订限元模型（thefiniteelementmodel）：计算机辅助设计（computerassisteddesign,CAD）;微创技术（minimallyinvasivetechnology）;二维重建（threedimensionsreconstruction,3D）：CT：磁八振成像（MRI）：计锋机仿真（computeremulation）;内窥镜（endoscope）：椎间柱（intervertebraldisc）：绛戍内窥镜激光椎间鼎切除术（percutaneousendoscopiclaser-assisteddiscectomy,PELD）”,对有限元、计算机导航技术、微创技术以及医学影像在脊柱外科中的应用文献进行深入分忻,探讨数字化脊柱外科手术的特点,临床效果以及安全性。结果与结论：数字化医学在有限元模型、计算机导航技术、微创技术、医学影像等领域研究进展的基础上,建立独特的脊柱外科新方法,并将其广泛应用于临床骨科。有限元模型最大的优势在于町以反映集体内部的应力变化情况,有限元分析应用于医学生物力学后,取得了很_人的进步与发展。计算机导航技术的：【作原理是利用数字化影像信息通过媒介体输入计算机工作站,经运算处理后重建三维模型影像,通过相关软件,在此影像基础上进行术前计划并模拟进程,通过高解像度的显示屏从各个方位观察到当前的手术入路以及各种参数,完成微创手术。微创脊柱外科采用微小切口或穿刺通道,运用特殊的器械或装置在影像仪器监视下或导航技术的引导下进行于术。医学影像分析作为信息科学技术为基础的交叉学科研究,对脊柱外科的临床诊断和观察具有参考价值。数字化医学高效率、高精度、二维立体地了解疾病的分布、形态、结构,最大程度减少手术创伤,在脊柱外科应用中的前景广阔。     

基于医用图像的模拟手术规划方法

目的 探讨在医用三维可视化技术基础上进行模拟手术规划的方法.方法 首先在三维空间内生成一条可以变化的曲线,曲线上有几个操作点,然后通过操作点来控制调整曲线,并且可以在曲线上增加和减少操作点,最后根据规划好的曲线计算手术刀的切割角度,合理布置手术刀,方便以后的手术切割过程.结果 该手术规划系统已经在医院手术规划研究平台上得以应用,效果满意.结论 模拟手术规划系统的医学图像处理系统对于熟练手术操作步骤、减少手术风险具有重要意义和使用价值.     

网络环境下人体器官的三维重建及变形仿真

背景:利用何种模型何种算法对不同器官组织进行变形仿真,既可保证逼真性又可兼顾实时性,目前的设计都是在单机系统上实现。目的:为了实现基于网络的人体器官的变形仿真及交互,设计以人体器官肾脏为例,利用CT图像,在VRML平台上实现器官模型的三维重建。方法:利用质点弹簧模型建立肾脏的物理模型,实现变形计算。最后通过VRML外部编程接口EAI和Java-Applet进行通信,实现器官模型在任意位置、任意外力作用下的变形模拟。结果与结论:在CT图像的基础上实现了人体器官肾脏的三维重建,并利用质点弹簧模型实现了人体器官肾脏的变形模拟。借助于JAVA和VRML的结合,实现了网络环境下肾脏的变形仿真,用户只需在网页界面中输入作用力的大小和作用位置点的序列,即可得到肾脏变形情况的场景。研究虽仅以简单的拉伸和挤压变形为例,其他变形亦可通过类似的方法实现。实验为人体器官的变形和虚拟手术系统的网络交互功能的实现提供了一种思路。     

网络环境下人体器官的三维重建及变形仿真

背景：利用何种模型何种算法对不同器官组织进行变形仿真,既可保证逼真性又可兼顾实时性,目前的设计都足在单机系统上实现。目的：为了实现基于网络的人体器官的变形仿真及交互,设计以人体器官肾脏为例,利用CT图像,在VRML平台上实现器官模型的三维重建。方法：利用质点弹簧模型建立肾脏的物理模型,实现变形计算。最后通过VRML外部编程接口EAl和Java-Applet进行通信,实现器官模型在任意位置、任意外力作用下的变形模拟。结果与结论：在CT图像的基础上实现了人体器官肾脏的三维重建．并利用质点弹簧模型实现了人体器官肾脏的变形模拟。借助于JAVA和VRML的结合,实现了网络环境下肾脏的变形仿真,用户只需在网页界面中输入作用力的大小和作用位置点的序列,即可得到肾脏变形情况的场景。研究虽仅以简单的拉伸和挤压变形为例,其他变形亦可通过类似的方法实现。实验为人体器官的变形和虚拟手术系统的网络交互功能的实现提供了一种思路。     

股骨头坏死病灶清除计算机辅助系统配准模块和导航模块的建立

背景:股骨头坏死的传统治疗方法首先要进行病灶清除,这个过程手术时间长,很难彻底清除病灶且容易损伤正常骨组织。目的:建立股骨解剖结构的几何模型,并在此基础上开发股骨头缺血性坏死病灶清除计算机辅助系统的配准模块和导航模块。方法:首先应用MC算法,建立股骨解剖结构的几何模型;然后应用点和表面相结合的配准方法进行患病股骨与股骨几何模型之间的配准;最后进行了股骨头坏死病灶清除计算机辅助软件系统的设计,并对整个系统的精度进行实验验证。结果与结论:开发的股骨头坏死病灶清除计算机辅助软件系统的误差在3mm以下,基本满足该类骨科手术的精度要求。