医学虚拟现实-21世纪的挑战

完成医学虚拟系统是21世纪的一项巨大挑战。讨论了实现医学虚拟系统的关键问题．如基于组织生理及病理活动的人体数学模型和诊断技术的可视化，介绍了医学虚拟现实的一些主要组成以及主要的应用方面。     

医学体视化的三维旋转绘制法

目的 实现三维医学图像数据场的快速旋转体绘制。方法 由源一衰减模型、朗伯漫反射余弦定律和Phong镜面反射模型，推导出计算数据场中每一点的不透明度和明暗度的计算公式,通过旋转光源和视点,来自不同观察方向的感兴趣结构的体绘图被满意地生成。结果 通过对人体头部CT图像数据场进行三维旋转绘制，结果比较理想。结论 由于不需要对整个数据场进行分类和旋转，该方法具有速度快、所需内存少和绘制质量高的特点，是一种较好的医学体视化方法。     

Segmentation of the Visible Human for high-quality volume-based visualization

This article describes a combination of interactive classification and super-sampling visualization algorithms that greatly enhances the realism of 3-D reconstructions of the Visible Human data sets. Objects are classified on the basis of ellipsoidal regions in RGB space. The ellipsoids are used for super-sampling in the visualization process.     

计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统

本文介绍一个基于红外定位系统、三维可视化技术和三维图像处理技术的计算机辅助立体定向神经外科手术导航系统.系统对病人脑部扫描的断层图像数据进行三维重构,经网格简化和切割等处理后将其显示出来.为了达到手术过程中组织结构的精确定位,采用红外导航技术,利用在病人头部的定位标志点,进行图像坐标系和手术室坐标系的校准.     

血流在超声心动图中的两种三维显示方法

目的在三维心脏组织结构模型中显示心脏内部的血液流动情况,当视点进入心脏内部时也能清晰判断血流的流向,辅助病情诊断。方法应用虚拟现实技术,在三维心脏组织结构中,将彩色超声成像仪采得的二维血流信息用矢量箭头和锥形箭头两种方式显示。结果在三维的视角中任意旋转时能够清晰地同时显示出血流矢量和三维心脏组织的空间结构。结论现有市售有RT3DE的超声仪器实际采用的是二维的血流显示方式,仅能显示二维切面上的彩色编码血流,无法直观地进行任意角度观察。采用本文的方法可以在任意观察角度同时观察的心脏结构和血流情况,具有一定的优势。     

管道铸型技术与血管造影3D可视化相结合

目的:以肝为例,探索将管道铸型与血管造影及3D可视化技术进行整合,充分揭示同一器官内部各管道系统之间的相互关系。方法:分别从肝静脉灌注自凝牙托灌注填充剂,从肝门静脉灌注乳胶、羧甲基纤维素-氧化铅填充剂。运用多层螺旋CT进行层距0.5mm薄层扫描,获取二维数据,应用Mimics软件对肝内的管道系统进行3D可视化。结果:重建后的肝门静脉充盈饱满,层次清晰,边缘光滑,层次分明。排除干扰后,自凝牙托材料灌注的肝静脉同样可以在运用CT扫描后,获取理想的管道三维重建模型。图像融合后能清晰显示肝门静脉和肝静脉在肝内的相互位置关系。结论:采用管道铸型技术与血管造影3D可视化相结合技术,不仅能在同一器官同时显示各管道系统的相互关系,更能在同一器官分别显示各管道系统。     

基于中国数字化人体的膝关节后外侧复合体的断层解剖与三维可视化

目的:拟基于薄层高精度的中国可视化人体数据(CVH)对膝关节后外侧复合体(PLC)进行断层解剖学与三维可视化研究。方法:选择CVH-1、CVH-2、CVH-5左右膝关节后外侧结构的CVH数据集,对PLC相关结构进行数据分割和三维数字化重建。结果:成功构建了CVH-1、CVH-2、CVH-5左右膝关节的三维模型,并对PLC的结构和毗邻关系进行多方位、多角度的三维可视化观察研究。结果:PLC主要由腓侧副韧带、腘腓韧带、弓状韧带、腘肌肌腱和股二头肌肌腱构成;髂胫束位于膝关节前外侧,位置相距PLC较远,功能与PLC结构存在差异,不属于PLC结构;3例CVH数据集均未见第3关节囊韧带和腓肠豆韧带。结论:推测膝关节手术中对腓侧副韧带、腘腓韧带、弓状韧带、腘肌肌腱进行解剖重建将有助于加强膝关节术后的稳定性。     

Three‐dimensional contrasted visualization of pancreas in rats using clinical MRI and CT scanners

The purpose of this work was to visualize the pancreas in post‐mortem rats with local contrast medium infusion by three‐dimensional (3D) magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CT) using clinical imagers. A total of 16 Sprague Dawley rats of about 300 g were used for the pancreas visualization. Following the baseline imaging, a mixed contrast medium dye called GadoIodo‐EB containing optimized concentrations of Gd‐DOTA, iomeprol and Evens blue was infused into the distally obstructed common bile duct (CBD) for post‐contrast imaging with 3.0 T MRI and 128‐slice CT scanners. Images were post‐processed with the MeVisLab software package. MRI findings were co‐registered with CT scans and validated with histomorphology, with relative contrast ratios quantified. Without contrast enhancement, the pancreas was indiscernible. After infusion of GadoIodo‐EB solution, only the pancreatic region became outstandingly visible, as shown by 3D rendering MRI and CT and proven by colored dissection and histological examinations. The measured volume of the pancreas averaged 1.12 ± 0.04 cm³ after standardization. Relative contrast ratios were 93.28 ± 34.61% and 26.45 ± 5.29% for MRI and CT respectively. We have developed a multifunctional contrast medium dye to help clearly visualize and delineate rat pancreas in situ using clinical MRI and CT scanners. The topographic landmarks thus created with 3D demonstration may help to provide guidelines for the next in vivo pancreatic MRI research in rodents. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.