窄带Level Set与可视化技术在耳蜗分割中的应用

耳蜗的分割是对耳蜗进行模型化和分析研究的前提。采用三维窄带水平集(level set)算法与可视化技术相结合的交互式分割方法对耳蜗进行分割,三维窄带水平集算法用于体数据中感兴趣目标的分割,可视化技术对分割结果进行三维显示,显示结果作为用户调节算法参数的依据,经过多次的人机交互,从而获得满意的分割结果。我们详细地阐述了水平集及窄带水平集算法的基本原理、特点,并成功应用三维窄带水平集算法实现了颞骨螺旋CT(Computed tomography,CT)图像中耳蜗目标的分割。实验表明三维窄带水平集算法与可视化技术相结合的交互式分割方法可以很好地实现医学体数据中耳蜗的分割,与对体数据逐层分割的方法相比,速度有了很大提高。     

基于VTK的医学图像三维可视化系统

医学图像的三维可视化可以通过可视化工具包(VTK)提供的API实现。VTK是医学图像可视化的开法工具包,它把可视化的算法封装起来,利用简单的代码生成所需图形。基于VTK的医学图像三维可视化系统阐述了如何借助VTKAPI读入二维医学图像序列、操作二维图像、重建三维图像以及进行三维图像可视化的全套方案,为临床医生的诊断、治疗提供了有益的途径。     

网膜囊与毗邻结构空间关系的三维可视化研究

目的 运用三维可视化技术深入了解网膜囊的解剖特征,以弥补厚层断面解剖与CT图像无法清晰显示网膜囊及其毗邻结构的空间关系的不足。方法 从2号中国可视人数据库（CVH2）获取上腹部图像数据,对网膜囊各隐窝及其毗邻结构进行数据分割,三维可视化重建和多平面重建后进行两种重建图像的整合,并在断层与三维多角度观察网膜囊各隐窝与毗邻结构的空间关系。在53例肝硬化伴大量腹水患者的CT多平面重建图像上观察上述空间关系,并判断上、下隐窝通连情况。结果 网膜囊由上隐窝、前庭部、下隐窝和脾隐窝组成。网膜囊大孔是上、下隐窝的分界标志,也是上、下隐窝通连的唯一路径,CT图像显示其通连方式分为通连和不通连两型,36例（67.9%）患者的CT图像上可见上、下隐窝直接通连,17例（32.1%）患者不通连。网膜孔右侧正对门腔间隙,该间隙最小前后径为4.5 mm。三维图像显示胃裸区位于上隐窝、下隐窝和脾隐窝之间。脾隐窝被左侧的脾裸区包饶。结论 本研究运用CVH2图像可视化技术呈现了网膜囊及其与毗邻结构的空间关系,这将有助于提高网膜囊区域病变的鉴别诊断和解剖定位的准确性,从而降低网膜囊区病变的误诊率。     

计算机辅助手术向远程手术方向的发展

本文对计算机辅助手术(CAS)系统的关键技术:医学图像三维可视化、多模医学图像配准进行了全面的探讨,进一步讨论了在计算机网络中通过共享医学图像的各种分析处理结果,来完成计算机辅助手术向远程手术的转化.对计算机辅助手术向远程手术发展所必须解决的问题;三维医学图像传输环境下的医学图像实时三维可视化、协同分布式并行计算环境、基于Web的交互式可视化进行了设计分析.     

一种基于PC的医学图像可视化系统

三维医学可视化是近年来计算机图形学和图像处理技术研究和应用的重要领域。本文在PC上对多模态脑肿瘤医学图像的可视化进行了研究，该系统对医学图像进行了配准、融合、分割及三维重建，并以多种显示方式对重建结果进行显示。为脑肿瘤在诊断、治疗方面提供了有力的工具。     

基于MITK的医学影像三维可视化研究

利用MITK在VC6.0环境下编程实现对多组医学图像数据的三维可视化,通过对实际数据和不同算法的面绘制、体绘制、分割和配准等多方面的研究,考察了MITK在医学图像处理和三维可视化领域的实用性.结果 表明MITK编程实现较容易,成像速度快,效果好,针对医学影像处理有其独特的优势.MITK作为一种医学图像处理和三维可视化的工具,功能十分强大,完全可以与现有的同类软件包相媲美.     

一个三维医学图像实时可视化系统4D View

通过结合国际上先进的可视化工具包 (VTK)和实时体绘制系统 (Volum e Pro) ,研制开发了医学图像实时可视化系统 4DView。该系统能够对 MR、CT等医学图像进行实时的三维可视化和交互操作。本文首先简单介绍了 VTK和 Volume Pro及其相互结合 ,然后详细讨论了 4DView的系统设计和各功能模块 ,最后给出了从 4DView系统获得的一些医学图像可视化结果。实验结果表明 ,4DView能有效地解决三维医学图像可视化及其交互操作实时性不强的问题 ,在临床诊断、治疗和医学研究等领域中具有极大的应用前景     

脑解剖结构的三维可视化研究及临床应用

目的:总结脑解剖结构的三维可视化研究进展及其临床应用.方法:查阅近年来与脑解剖结构三维可视化相关的文献,了解三维可视化技术的应用方法及临床意义.结果:三维可视化技术在脑解剖、数字人脑图谱、虚拟现实、神经导航及远程医疗等方面已得到广泛应用.结论:随着三维可视化技术在多学科领域的广泛应用及与更多科技领域的合作,将会推动神经外科向更加先进医疗方式的发展.     

人体大脑数字化解剖模型的构建及可视化

目的构建人体大脑数字化解剖模型,为实现大脑的计算机精确模拟提供可操作的基础平台,为人体大脑功能研究提供解剖学框架。方法采用低温冷冻铣切技术采集人体大脑的横断面图像,用课题组自行开发的软件,将分割提取后的脑断面图像进行重建,建立大脑三维模型。用与香港中文大学合作开发的可视化软件,在三维空间上对人体大脑结构进行可视化研究。结果建立了以前后连合间线中点为原点的大脑三维模型,且模型上每一像素都有相应的解剖标识,其任意一点的坐标均能显示;大脑的三维模型可以任意切割显示大脑内部结构：重构后的大脑结构还可进行三维测量。结论大脑数字化模型建立在临床常用的三维空间坐标系中且模型上每一像素都有相应的解剖标识,为模型驱动分割算法的研究提供了模板,同时也为神经解剖教学提供了一种新的、直观的手段。具有明确解剖标识和量化空间信息的数字化人大脑模型,与坐标系统联系起来,还为人大脑各类图像配准提供了公共参考系统。     

20周胎儿标本脑组织MRI显示与三维可视化分析

目的：探讨20周胎儿脑标本MRI显示的发育情况及其三维可视化分析。方法：对8例20周胎儿脑标本行3.0TMR扫描,其中2例加行7.0TMR扫描。选取不同场强、方位的MR图像,分析其发育中的脑结构在MRI上的显示状况。选取1例冠状位7.0TMR图像,应用Amira4.1软件进行分割并三维重建。结果：3.OT与7.0TMRI显示,20周胎儿大部分脑沟雏形已经形成,表现为皮质表面的浅或宽凹陷;皮质层状结构发育典型,呈现为信号不同的堆积条带,以顶枕叶及海马区最为典型;基底核团可以分辨,其间界线与内外囊清晰。7.0TMRI显示脑干与小脑已具备典型成人外观,并可见其内部结构;在其三维重建图像上,可观察到皮质表面幼稚脑沟的深度、长度及所处位置,端脑、脑干与小脑外形及其位置关系都可以得到较好显示。结论：20周时,胎脑已完成初始阶段的发育,并具备成熟脑结构外观,这些结构在3.0T与7.0TMRI上,尤其是7.0TMRI上均得以清晰显示。三维可视化有助于对幼稚脑结构的宏观认识。     

三维医学图像的交互式图形处理器快速重建

目的:开发一种基于图形处理器(GPU)的医学三维图像交互式重建系统,用于临床辅助诊断、手术计划等领域。方法:在GPU重建算法基础上使用了八叉树空间结构和多边形辅助光线投射方法实现进一步的优化,分别用基础算法和优化后的算法对一组CT图像进行重建,验证优化效果。结果:本研究实现的优化算法在真实医学三维图像重建中得到了高质量的重建结果,并且比原有的基于GPU的重建算法快2～3倍。结论:本研究实现的三维重建系统能有效加快重建速度,实现交互式快速重建。     

基于内耳体素模型的膜迷路三维可视化

目的探讨基于内耳体素模型三维可视化膜迷路。方法磁共振显微成像颞骨扫描影像数据使用3D Slicer软件进行表面模型体裁剪,将内耳体素模型通过表面绘制和体绘制混合成像三维显示膜迷路。结果通过内耳体素模型可以三维可视化膜迷路,且内耳体素模型文件较表面模型文件容量更小。结论内耳体素模型对于内耳解剖学习和研究有重要意义。     

脑解剖结构的三维可视化研究及临床应用

目的：总结脑解剖结构的三维可视化研究进展及其临床应用。方法：查阅近年来与脑解剖结构三维可视化相关的文献,了解三维可视化技术的应用方法及临床意义。结果：三维可视化技术在脑解剖、数字人脑图谱、虚拟现实、神经导航及远程医疗等方面已得到广泛应用。结论：随着三维可视化技术在多学科领域的广泛应用及与更多科技领域的合作,将会推动神经外科向更加先进医疗方式的发展。     

生物医学系统模型的三维拟实仿真和信息交互

针对生物医学工程对象几何形状不规则,材料复杂等特点,提出并实现了基于多边形描述的分层次绘制的生物医学系统模型三维仿真显示和基于OpenGL选择模式的信息交互的软件方法,软件实现了三维模型的建立,随动几何变换和信息交互以及对常用有限元软件包数据文件的识别等功能,软件技术先进,界面友好,交互性强,使用方便,并具有良好的可扩展性和可移植性,为生物医学工程领域三维拟实仿真建立了一个优良的计算机图形学平台。     

腹壁穿支血管3D可视化模型的构建及意义

目的构建腹壁皮穿支血管3D可视化模型,展示该部位皮穿支血管立体空间结构,从而概括性的评价腹壁及跨区穿支皮瓣的扩展机制,为临床应用提供解剖学依据。方法 4例男性新鲜尸体动脉血管聚乙烯醇-氧化铈造影灌注,2例女性新鲜尸体动脉血管明胶-氧化铅一次性全身整体造影灌注,64排螺旋CT无间距扫描采集数据集以DICOM格式储存于计算机中,利用＂交互式医学影像控制系统（MIMICS10.01）＂、3D-Doctor对腹壁穿支血管进行渲染、提取、定位、配准与数字化构建。结果腹壁穿支血管3D可视化虚拟模型形象逼真,立体空间感强,腹壁穿支血管的位置、来源、数量、管径、走行、营养区域、分支及其相互吻合的情况清晰可见。结论构建高清腹壁穿支血管3D可视化模型,在此模型研究基础上可设计截取多种形式的跨区穿支皮瓣。     

3D可视化联合3D打印在肝癌大部分肝切除术中的应用

目的:探讨基于3D重建系统软件的肝体积评估和3D可视化、3D打印辅助肝癌大部分肝切除术的应用价值。方法:将符合要求的肝癌行大部分肝切除术患者46例,随机分为观察组和对照组,每组23例。观察组（3D组）患者采用3D可视化技术和3D打印模型进行围手术期规划和指导,主要基于肝体积评估等术前规划和3D可视化分析、3D打印指导肝切除术手术;对照组（CT组）患者采用传统CT资料进行肝体积评估等术前规划、CT二维影像资料指导肝切除术。观察指标:虚拟切除肝体积、实际切除肝体积、残肝体积、标准残肝体积比、手术时间、术中出血量、术后并发症、患者满意度等。结果:3D组与CT组虚拟切除肝体积与实际切除肝体积、虚拟（术前）残肝体积与实际（术后）残肝体积比较,差异均无统计学意义（P>0.05）,相关性分析显示虚拟切除肝体积与实际切除肝体积呈正相关性（3D组r=0.990, P<0.001;CT组r=0.943, P<0.001）。3D组与CT组虚拟残肝体积比、实际残肝体积比比较,差异均无统计学意义（P>0.05）,且相关性分析显示呈正相关性（3D组r=0.931, P<0.001;CT组r=0.902, P<0.001)。3D组术中出血量少于CT组（P<0.05）,3D组患者满意度优于CT组（P<0.05）。两组患者手术时间、术后并发症等比较,差异无统计学意义（P>0.05）。结论:3D重建系统软件和CT软件在评估肝癌大部分肝切除术的肝体积均可行、准确,具有很好的临床应用价值,有助于肝切除术的安全实施。3D可视化联合3D打印在围手术规划可减少手术出血,提高患者满意度,在临床应用中具有潜在优势。     

Assessment of Real-Time 3D Visualization for Cardiothoracic Diagnostic Evaluation and Surgery Planning

Rationale and Objectives Rationale and Objectives: Three-dimensional (3D) real-time volume rendering has demonstrated improvements in clinical care for several areas of radiological imaging. We test whether advanced real-time rendering techniques combined with an effective user interface will allow radiologists and surgeons to improve their performance for cardiothoracic surgery planning and diagnostic evaluation.Material and Methods Materials and Methods: An interactive combination 3D and 2D visualization system developed at the University of North Carolina at Chapel Hill was compared against standard tiled 2D slice presentation on a viewbox. The system was evaluated for 23 complex cardiothoracic computed tomographic (CT) cases including heart–lung and lung transplantation, tumor resection, airway stent placement, repair of congenital heart defects, aortic aneurysm repair, and resection of pulmonary arteriovenous malformation. Radiologists and surgeons recorded their impressions with and without the use of the interactive visualization system.Results Results: The cardiothoracic surgeons reported positive benefits to using the 3D visualizations. The addition of the 3D visualization changed the surgical plan (65% of cases), increased the surgeons confidence (on average 40% per case), and correlated well with the anatomy found at surgery (95% of cases). The radiologists reported fewer and less major changes than the surgeons in their understanding of the case due to the 3D visualization. They found new findings or additional information about existing findings in 66% of the cases; however, they changed their radiology report in only 14% of the cases.Conclusion Conclusion: With the appropriate choice of 3D real-time volume rendering and a well-designed user interface, both surgeons and radiologists benefit from viewing an interactive 3D visualization in addition to 2D images for surgery planning and diagnostic evaluation of complex cardiothoracic cases. This study finds that 3D visualization is especially helpful to the surgeon in understanding the case, and in communicating and planning the surgery. These results suggest that including real-time 3D visualization would be of clinical benefit for complex cardiothoracic CT cases.Supported in part by NIH RO1-CA 44060, NIH PO1-CA 47982, and NIH RO1-CA 60193.     

心电图心肌缺血可视化显示与输出

目的:研究常规12导联心电图心肌缺血的三维可视化显示和输出。方法:利用美国可视人体心脏切面解剖数据,用Rhino建立三维心脏表面模型,把模型输出为XGL格式的文档,并从此文档中提取三维模型顶点信息,用VC 和Direct3D编写三维显示子程序读取这些顶点信息,显示心脏三维模型并实现对三维模型运动的控制,根据缺血ST段偏移方向和幅值,在心脏三维模型上用颜色深浅来表示缺血区面积大小及心肌缺血的程度。结果:经临床应用,常规心电图心肌缺血的部位、范围和程度可以通过三维动态心脏模型准确、形象的显示出来,显示结果可以动画和图片两种格式保存和输出。结论:将可视人技术和心电图有机结合起来,可拓展心电图的应用空间。     

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。