数字化虚拟肝脏图像三维重建的初步研究

目的 研究数字化虚拟肝脏三维重建的方法。方法数字化虚拟中国人女性I号(virtual chinese human female No．1,VCH－F1)肝脏数据集中DSCF2511－2520连续图像,采用三维重建插值算法生成三维立体图,根据切片图像各点的颜色和位置特征,自动判断肝脏实体和肝脏管道的位置,并以不同的颜色进行显示。结果肝脏实体部分显示较强的立体感,通过上下左右不同层面的旋转,可获得各种立体形态的图像和肝脏管道结构。结论数字化虚拟中国人女性I号肝脏数据集图像精确,三维重建插值算法生成肝脏和肝脏管道三维图像清晰,是理想的三维重建方法。     

肝脏外科中的虚拟手术方案设计

目的探讨二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3D MED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；在准确蓖建的二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。     

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。     

螺旋CT扫描数据的虚拟辅助性部分原位肝移植手术

目的探讨三维可视化及虚拟手术技术在肝移植外科中的意义。方法利用2例胆管结石患者的肝脏64排螺旋CT扫描数据集，人工方法对图像进行分割、配准，采用VTK软件进行三维重建，然后导入到Free—Form Modeling System进行修饰。利用系统的力反馈设备PHANTOM进行辅助性部分原位肝移植手术的仿真研究。结果①重建的肝脏模型具有肝脏、肝动脉、肝静脉、门静脉和胆道系统，形态逼真，立体感强；肝脏可视化后，肝脏内部管道空间立体感强，肝动脉、肝静脉、门静脉和肝胆管的分布、行程以及相互关系明晰。②在建立的虚拟手术系统的虚拟环境中，使用力反馈设备PHANTOM操纵“虚拟手术刀”模拟了辅助性部分原位肝移植的手术过程，其结果符合临床手术的效果；通过控制肝脏模型切除部分的透明度，使肝脏手术切割平面可视化以及肝脏内部管道手术切断平面可视化；手术模拟过程逼真，形象，且有“力”的感受。结论①可视化的肝脏重建模型立体、逼真，有利于肝移植手术方案的合理设计；②肝移植术前的手术设计和可视化演示可提高手术效果，降低手术风险及减少手术并发症，加强医患沟通；③虚拟肝移植手术有利于医务人员的培训和学习。     

基于数字化虚拟中国人女性一号胰腺图像的三维重建及可视化研究

目的研究数字化虚拟胰腺及其周围结构图像的三维重建,创建三维可视化胰腺解剖学,为虚拟胰腺手术及临床胰腺外科提供数字化三维解剖学依据。方法采用南方医科大学虚拟中国人女性一号（VCH-F1）腹部胰腺段影像数据集,以现代看图软件（ACDSee）及图像处理软件（Photoshop）对图像进行分割,编程提取、三维重建胰腺并实现胰腺三维可视化。结果一次完成胰腺及与胰腺关系极为紧密的周围结构：十二指肠、胆总管、下腔静脉、门静脉主干及主要属支、腹主动脉、腹腔干动脉及分支、肠系膜上动脉的三维重建,并实现任意视角下的三维可视化,三维胰腺真实、立体感强,能三维可视化,以全新的胰腺三维结构反映复杂多变的胰腺外形及毗邻结构关系。结论基于VCH-F1的胰腺三维重建及三维可视化,以三维可视化的形式真实再现了胰腺及胰腺周围重要结构,是创建全新的三维可视化胰腺解剖学,虚拟胰腺手术及临床胰腺外科提供数字化三维解剖学依据的珲摁方法。     

肝脏仿真手术的研究

目的研究肝脏切割手术仿真系统的方法。方法取肝门部保留完好的完整肝脏,分别以不同颜色灌注材料对肝动脉、门静脉、下腔静脉、肝静脉和胆管系统进行灌注、固定、铸型、包埋、冰冻和铣切,获取连续肝脏断面图像数据集。数据集图像经配准和分割后,使用MIMICS9．0软件进行肝脏三维重建,采用自由设计模型系统及其附带软件（GHOST）和力反馈设备（PHANTOM）建立虚拟肝脏切割手术环境系统,并对肝脏左外叶切除术和右肝切除术进行了模拟。结果肝脏管道灌注和铸型良好,铣切后获取连续肝脏断面图像910张,图像清晰,三维重建肝脏模型形态逼真,在建立的虚拟肝脏切割手术环境系统中,沉浸感强,交互性好。PHANTOM可对肝脏模型进行随意放大、缩小、旋转等控制,通过PHANTOM操纵“虚拟手术刀”对肝脏模型进行随意切割。结论在力反馈设备的基础上进行虚拟肝脏切割手术、仿真手术的过程和结果基本符合临床实际情况。     

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.     

虚拟可视化肝脏在肝脏手术中的应用现状

基于现代影像学和计算机技术发展起来的虚拟可视化肝脏技术，通过动态显示肝脏三维虚拟结构模型，能从各个角度仿真显示肝内管道复杂的解剖结构，提供全方位的肝脏立体信息，在计算机中构建虚拟的手术环境，为外科医生制订手术方案、手术模拟、手术导航提供了客观、准确、直观的手段，推动肝脏外科的发展。现主要介绍虚拟可视化肝脏在肝脏手术中的应用现状。[第一段]     

基于64排螺旋CT扫描数据三维肝脏手术仿真的研究

目的研究基于64排螺旋CT扫描数据的三维肝脏虚拟手术的设计和仿真效果,以及基于自由设计模型系统（FreeForm Modeling System）的虚拟手术的可行性。方法采集正常人肝脏64排薄层扫描数据集,利用医学三维重建软件（MIMICS软件）进行肝脏及其肝内血管三维重建,并将重建的肝脏及其管道模型、人工绘制肝脏肿瘤模拟物导入FreeForm Modeling System,利用力反馈设备（PHANTOM）,对肝脏模型进行手术切割。结果通过旋转和放大目标物体,肿瘤与肝内血管的立体关系能清晰展示。根据手术原则,使用PHANTOM操纵“手术刀”,仿真左外叶切除,术中肝内管道结构容易识别,其过程基本符合临床肝脏肿瘤切除的手术过程并可调节目标物体的强度,感受切割时力反馈的大小。结论利用FreeForm Modeling System虚拟手术系统仿真肝脏手术切割,可以制定合理的个体化手术方案,减少并发症发生,提高手术成功率。     

基于肝脏三维图像的肝段自动划分及虚拟解剖性肝切除

目的:利用肝脏三维图像进行肝内血管分析并自动划分肝段及虚拟解剖性肝切除术,以适应虚拟肝脏手术计划的要求.方法 基于患者螺旋CT断层扫描图像,应用自主研发的虚拟肝脏手术规划系统软件Liv1.0,对门静脉分支在段水平上进行标记,自动划分肝段范围并模拟解剖性肝切除术.结果 按照肝段血管的分布,软件自动分割出门静脉每个段分支分布的相应肝段范围,重建出以肝段划分为基础的肝脏三维模型,清楚、准确地显示各肝段分布范围和界限.在此基础上可行肝脏虚拟解剖性切除术及估算切除的肝脏体积.结论 利用软件Liv 1.0可清晰地重建肝脏及其管道系统三维图像,自动划分肝段并进行虚拟解剖性肝脏切除手术及肝脏体积测量.所有操作在个人计算机上完成,便于临床外科医生掌握,从而为虚拟肝脏技术在临床中的应用提供了一个软件平台.     

虚拟肝脏手术规划应用于肝切除术的研究

目的 探讨虚拟肝脏手术规划对肝切除术的指导价值.方法 基于患者螺旋cT断层图像,应用自主研发的虚拟肝脏手术规划系统软件Liv 1.0对2007年5月至2009年5月收治的142例肝肿瘤患者进行虚拟肝脏手术规划,将虚拟手术规划结果与手术中所见进行对比.结果 (1)重建的142例三维可视化肝脏效果满意,清晰显示肝肿瘤的大小、位置、数目及其与肝内管道的空间毗邻关系,并可从任意角度观察,与术中所见匹配良好.(2)通过虚拟肝脏手术规划,可显示肝切除过程中需切除或保留的肝内管道,计算出余肝组织可能出现缺血和淤血的范围;通过反复的手术模拟,改变手术切除界限,优化手术方案.其中29例经CT图像判断无法切除而应用该系统进行手术规划后完整切除肿瘤,92例经虚拟手术后优化了手术方案.(3)127例肝癌患者虚拟肝脏手术规划所测预切除肝脏体积为(477±223)ml,实际切除肝脏体积为(451±209)ml,误差率为6.1%,两者间呈正相关(R=0.922,P<0.01).结论 应用软件Liv 1.0进行肝脏三维重建及虚拟肝脏手术规划可以为复杂的肝切除术提供重要的术前参考,有利于提高手术预见性和安全性,有利于提高复杂性肝切除的成功率.     

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。     

Beneficial effects of 3-dimensional visualization on hepatic vein reconstruction in living donor liver transplantation using right lobe graft.

BACKGROUND: Recently, virtual operation planning and navigation systems have been introduced in the field of neurosurgery and orthopedic surgery. We report here the beneficial effects of 3-dimensional (3D) visualization on hepatic venous reconstruction in living donor liver transplantation (LDLT) using right lobe graft. METHODS: 3D-image reconstruction of the liver was rendered with 3-mm slices of helical computed tomography (CT) data using zioM900 (Zio Software Inc., Tokyo, Japan). To understand the anatomy of the donor's vessels and design an operation plan, a picture of the vessels in and around the liver was reconstructed. RESULTS: The 3D image demonstrated two short hepatic veins next to the inferior right hepatic vein (IRHV) as well as a large IRHV. The 3D image showed a more precise diameter of the right hepatic vein (RHV) and the IRHV and a more accurate distance between the two hepatic veins than did images measured by 2-dimensional CT. This preoperative information allowed the donor surgeon to dissect the inferior vena cava (IVC) and hepatic veins with reduced blood loss because of reduced risk of injury to the blood vessels. The 3D image revealed that both the RHV and the IRHV branched off at the same angle from the cylindrical IVC. Preoperative planning based on this information secured smooth anastomosis. CONCLUSIONS: 3D visualization is useful for hepatic venous reconstruction of the recipient as well as for donor surgery in LDLT using right lobe graft.     

活体部分肝移植可视化仿真手术的研究

目的 研究三维可视化仿真手术技术在活体部分肝移植外科中的应用价值.方法 利用2例胆道结石患者的肝脏64排螺旋CT扫描数据集,将所收集的数据导入自主研发的医学图像处理软件进行程序分割、配准和三维重建,重建出的肝脏及其管道模型均以STL格式输出,然后导入到FreeForm Modeling System进行修饰和平滑.利用系统的力反馈设备PHANToM进行活体部分肝移植手术的仿真研究.结果 重建的肝脏模型具有肝脏、肝动脉、肝静脉、门静脉和胆道系统,形态逼真,立体感强;肝脏可视化后,肝脏内部管道空间立体感强,肝动脉、肝静脉、门静脉和肝胆管的分布、行程以及相互关系明晰.在可视化手术系统中,使用力反馈设备PHANToM操纵手术刀,仿真活体部分肝移植的手术过程,其结果符合临床手术的效果.结论 可视化的肝脏重建模型立体、逼真,有利于肝移植手术方案的合理设计;肝移植术前的手术设计和可视化演示可提高手术效果、降低手术风险及减少手术并发症.     

Virtual hepatic resection using three-dimensional reconstruction of helical computed tomography angioportograms

OBJECTIVE: To establish the accuracy of virtual hepatic resection using three-dimensional (3D) models constructed from computed tomography angioportography (CTAP) images in determining the liver volume (LV) resected during resectional liver surgery. SUMMARY BACKGROUND DATA: The ability to measure LV before surgery could be useful in determining the extent and nature of hepatic resection. Accurate assessment of LV and an estimate of liver function may also allow prediction of postoperative liver failure in patients undergoing resection, assist in volume-enhancing embolization procedures, help with the planning of staged hepatic resection for bilobar disease, and aid in selection of living-related liver donors. METHODS: A retrospective study was conducted involving 27 patients scheduled for liver resection. Using mapping technology, 3D models were constructed from helical CTAP images. From these 3D models, tumor volume, total LV, and functional LV were calculated and were compared with body weight. The 3D liver models were subjected to a virtual hepatectomy along established anatomical planes, and the resected LV was calculated. The resected volume predicted by radiologists (unaware of the actual weight) was compared with the specimen weight measured after actual surgical resection. RESULTS: A significant correlation was found between body weight and functional LV but not total LV. The computer prediction of resected LV after virtual hepatectomy of 3D models compared well with resected liver weight. CONCLUSION: Virtual hepatectomy of 3D CTAP reconstructed images provides an accurate prediction of liver mass removed during subsequent hepatic resection. The authors intend to combine this technology with an assessment of liver function to attempt to predict patients at risk for liver failure after hepatic resection.     

64排螺旋CT扫描数据的肝脏及腹腔血管三维重建的研究

目的 探讨利用64排螺旋CT扫描数据进行肝脏及其内部管道和腹腔血管的计算机辅助三维重建的准确性及临床意义.方法 利用64排螺旋CT薄层扫描正常人肝脏二维图像数据集,采用自主研发的医学图像处理系统对二维图像数据进行肝脏及其肝内管道、腹腔血管系统三维可视化重建,并对重建肝脏模型的体积与肝脏实际体积以及重建门静脉与64排螺旋CT后处理工作站采用容积再现法重建的门静脉进行对比研究.结果 肝动脉、门静脉和肝静脉系统三维效果逼真,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,并准确地反映肝脏实际体积及肝内管道系统的真实情况.通过调节肝脏的透明度可同时显示肝脏和肝内动静脉、门静脉分支和腹腔动脉系统.计算机重建后的门静脉与螺旋CT后处理工作站容积再现法重建的门静脉完全一致.结论 计算机辅助的三维肝脏及其管道和腹腔血管系统能准确反映人体的真实结构,为肝脏的虚拟手术设计提供了可靠和真实的虚拟器官和血管系统.