虚拟手术系统中的软组织切割模拟

本研究提出了一个基于有限元形变计算的利用最小子集法进行切割模拟的优化方法,该方法解决了切割过程中刚度矩阵不断扩充更新对形变计算带来的影响,便于进行切割模拟。实验结果表明,该方法能够有效地动态模拟软组织的整个切割过程。     

虚拟手术训练系统中软组织切割模型的研究进展

虚拟手术仿真训练系统(VSSTS)较好地解决了传统临床医生培训方法中存在的培训周期长、成本高和训练对象匮乏等方面的问题,是一种经济有效的替代训练方式。人体软组织切割作为各类实际手术中最为常见和核心的手术操作类型,对其进行逼真的模拟一直是虚拟手术仿真系统研究中的难点和热点问题。在简要介绍软组织切割模型发展历程后,分别从基于网格和无网格两大建模体系对目前已提出的多种软组织切割模型进行介绍,分析并总结各种建模方法的优缺点及其在各类虚拟手术仿真系统中的具体应用实例。除此之外,针对近年来新提出的混合模型进行分析,并从仿真效果与计算速度角度对未来的发展方向进行展望。     

基于无网格的软组织切割模型的研究进展

具备支持实时交互能力的软组织切割模型对于虚拟手术仿真系统具有至关重要的意义。传统的软组织切割模型多基于网格建立,将软组织切割过程建模为手术刀具与软组织几何模型之间的网格切割计算,并在此基础上建立和求解生物力学方程以描述切割过程。由于网格切割计算代价高且软组织切割过程中涉及到复杂的生物力学问题,很难实现实时交互,严重影响了虚拟手术仿真效果。与此相反,基于无网格的软组织切割模型打破了网格限制,在触觉/视觉逼真度和实时性方面都具有很大优势。文中从力反馈和视觉反馈的渲染质量和速度等方面,就基于无网格的软组织切割模型的研究现状进行了概述,对存在的问题进行了分析和总结,并对未来的发展方向进行展望。     

虚拟手术中软组织实时形变模型的研究进展

生物软组织是一种具有非线性(nonlinearity)、各向异性(anisotropy)、近似不可压缩性(quasi-incompressibility)、黏弹性(viscoelasticity)等特性的弹性体材料,对于人体软组织实时形变行为的建模与仿真是当前虚拟手术仿真系统(virtual surgery simulation)研究中的难点和热点之一。本文就目前虚拟手术系统中描述软组织实时形变模型(deformable models)的研究现状进行了分析与总结,并就未来的发展方向进行展望。     

虚拟手术中软组织形变建模及力反馈算法研究

基于弹簧-质点模型,建立一种改进的软组织实时形变模型.在正六边形拓扑结构软组织表面模型中,增加了虚拟体弹簧,以实现更加真实的形变效果.在系统中各质点处,表面弹簧形变量的叠加等效为物体表面形变,各质点处虚拟弹簧弹性力的合力等效为物体表面的接触力.该模型继承了经典弹簧质点模型的原理简单、易建模、计算速度快等优点,同时还具有控制变形区域的能力.基于此模型,利用PHANTOM触觉交互设备,进行了软组织形变以及实时虚拟力反馈仿真实验.实验表明,该模型效果逼真,反馈力刷新一次小于l ms,能够满足虚拟手术系统实时性的要求.     

应用MSC.Dytran模拟水射流切割猪肝脏组织的仿真研究

医用水刀具有高度的组织选择性和保护性,其选择性和保护性切割等优点,被引入了医学领域并应用于临床,取得了良好的效果.应用MSC.Dytran模拟了水射流切割猪肝脏组织的瞬态过程,仿真结果表明:对于不同的软组织,存在一个合适的水射流压力对其进行准确的切割,而且不会对附近的其他组织或器官造成损伤.     

基于医用水刀的肝脏切割及力学性能

目的研究医用水刀切割软组织的力学性能,验证医用水刀具有软组织选择性切割的良好特性。方法测定猪肝脏实质和不同尺寸动静脉血管的拉伸力学性能,对猪以及Wistar大鼠肝脏实质进行切割,血管分离,进行大鼠肝脏病理切片,HE染色,最后对实验现象进行研究分析。结果右叶猪肝脏医用水刀切割实验,压力设定为3 MPa时保留最细血管的直径为0.8 mm。大鼠肝脏手术刀与医用水刀对比切割的病理切片表明医用水刀对组织的损伤较小。结论医用水刀对不同特性的软组织具有选择性切割的良好特性,能有效避免现有手术刀的"一刀切"现象。     

应用解剖学知识在肝脏移植手术临床带教中的应用

解剖学教学的目的是使学员在实习过程中结合临床应用,最终掌握常见外科疾病所需的解剖学知识。为增加学员动手机会,提高学员在临床工作中的感性认知,针对目前临床带教中存在的问题与不足,我们在总结多年带教经验基础上,结合肝脏外科与肝移植专业的特点,在手术准备过程中将肝脏及周围组织解剖关系进行全方位展现,并在操作过程中为学员讲解肝脏的局部解剖知识点,通过术前小讲课,利用幻灯、模型、手术视频、术前读片、观摩病肝分离、切除手术和供肝修整手术等方式与手段,反复强化肝脏临床应用解剖的知识点[1-2],在临床教学中取得了良好的实践效果,现将带教体会报告如下。     

基于3D Shepp-Logan头部模型的三维医学图像重建仿真

Shepp-Logan头部模型是计算机断层图像重建(CT)领域仿真计算普遍采用的经典模型。我们提出一种新思路—以3D Shepp-Logan头部模型作为三维医学图像重建领域进行仿真实验和算法性能评测的基本参考模型。首先介绍了3D Shepp-Logan头部模型的设计与实现以及仿真投影数据的计算,进而描述了所设计的三维医学图像重建仿真计算过程。数值实验部分给出了基于3D Shepp-Logan头部模型的三维医学图像重建仿真实验。实验结果表明了新思路的可行性和模型计算的准确性。     

喙锁韧带解剖重建与垂直重建的生物力学对比

目的对比研究喙锁韧带解剖重建与垂直重建的生物力学特性。方法 30具新鲜成年肩关节尸体标本,将肩关节其他附着的软组织切除,仅剩余肩胛骨-喙锁韧带-锁骨的结构,随机平均分为3组,每组10例,组1保留喙锁韧带,组2按经典Steven术式垂直重建锥韧带,组3按原韧带足印区中心点解剖重建锥韧带。分别将3组标本行垂直方向抗拉伸力学生物力学实验,记录造成喙锁韧带断裂或重建失效的拉力。结果组1未出现锁骨及喙突骨折,造成喙锁韧带断裂的拉力为(650.41±35.88)N;组2出现2例锁骨骨折、2例钢板从锁骨骨道脱出,5例钢板从喙突骨道脱出和1例喙突骨折,造成喙锁重建失效的拉力为(725.68±35.37)N;组3出现3例锁骨骨折,1例钢板从锁骨骨道脱出,5例钢板从喙突骨道脱出和1例喙突骨折,造成喙锁重建失效的拉力为(765.15±13.68)N。结论喙锁韧带重建时锥韧带垂直重建与解剖重建的垂直方向抗拉力均优于原喙锁韧带,解剖重建的抗拉效果优于垂直重建。     

肝肾联合移植的解剖学基础及临床应用

目的：探讨肝肾联合移植的供体器官切取及移植手术方法。方法：1998年5月-2001年7月共联合切除供肝、供肾30例次,施行1例肝移植及1例肝肾联合移植,手术方法主要有3个步骤：供体肝脏、肾脏联合原位灌洗、整块切取;病肝的切除;供肝和供肾联合植入。结果：供体肝肾联合切取30例均成功,热缺血时间在5-10min之内。1例肝移植及1例肝肾联合移植获得成功。结论：肝肾联合移植是唯一能挽救肝、肾同时衰竭的病人生命的有效方法,供体肝脏、肾脏联合原位灌洗、整块切取的方法可有效缩短热缺血时间,提高供肝、肾的质量以及供体器官利用率。     

远端蒂耳大神经营养血管筋膜皮瓣的应用解剖与临床应用

目的：探讨远端蒂耳大神经营养血管筋膜皮瓣修复口腔颌面部软组织缺损的临床应用。方法：在5例（10侧）灌注红色乳胶标本上解剖观察耳大神经营养血管筋膜皮瓣的血供。对4例颌面部肿瘤手术后的软组织缺损应用远端蒂耳大神经营养血管筋膜皮瓣修复，评价其临床效果。结果：4例皮瓣全部成活，其中1例远端约l／4的皮肤坏死，随访3个月至1年，外形满意、语言及咀嚼功能良好。结论：远端蒂耳大神经营养血管皮瓣血供可靠，可应用于口腔颌面部软组织缺损的修复。     

一种基于肝分段和肝癌轮廓融合的放疗靶区数据库建立方法

提出一种基于肝分段和肝癌轮廓融合的放疗靶区数据库建立和全过程数据质量管理方法,为后续人工智能靶区勾画或评估当前手工勾画提供数据支持。从肝癌数据库中取出原始图像,分别对其做带有肝脏放疗靶区勾画和分区分段轮廓标注工作,并通过图像融合技术使肝癌的放射治疗精确到肝段,最后使用深度学习的方法训练Unet网络以得到精准肝分割的神经网络模型,以实现针对肝癌的精准放疗。     

胎肝血管的解剖及其移植应用

目的观察胎肝的血管特点,探讨在临床带血管的胎肝移植的血管吻合的选择性。方法6～10个月胎龄的死胎33例于手术放大镜下原位解剖胎肝的附属血管,用直尺、卡尺和分割规测量附属血管的外径和长度。结果6～10个月胎龄的胎肝脐静脉的外径为(3.68±0.48)mm～(5.61±0.87)mm,长度为(36.12±4.58)mm～(50.97±7.68)mm;门静脉的外径为(2.31±0.43)mm～(4.16±0.65)mm,长度为(15.62±2.68)mm～(29.03±4.87)mm;肝固有动脉的外径为(1.67±0.82)mm～(2.32±0.98)mm,长度为(14.96±3.03)mm～(25.58±3.85)mm。脐静脉的外径较门静脉的外径粗(P<0.05);门静脉的外径较肝固有动脉的外径粗(P<0.05)。结论在胎肝移植前先结扎静脉导管,以脐静脉替代门静脉吻合,门静脉替代肝固有动脉吻合,更有利于吻合技术操作和供肝的双重血供,更有利于供肝发挥正常的功能。     

1例三高病史患者同种异体肝移植手术配合报道

报道1例三高病史患者同种异体肝移植患者的病例资料,归纳总结术中配合要点及护理关注点。特殊患者术前全面评估、术中细致配合是保障肝移植手术成功的保障。     

基于数字手臂的冲击力扩散机制建模与分析

目的：分析在爆炸冲击与侧向瞬时倾倒时,人体手臂内部的损伤效应。方法：以中国数字人中肩部到指尖的727张影像数据作为数据基础,经过组织分割、三维建模以及逆抄数的方式获得组织结构几何实体,在COMSOL Multiphysics 5.5有限元仿真软件中建立人体前臂损伤机制模型,通过在载荷面加载1.4×10⁶N/m²的冲击力,响应时间2×10^-5s,以此分析前臂受到应力时的冲击力扩散机制。结果：通过建模分析发现,由于皮肤、脂肪、肌肉是粘弹性组织,当机体受到应力冲击时,应力会通过变形的方式将能量释放出来,在应力冲击下这些组织损伤并不明显。然而,由于骨骼是刚性组织,外界施加的能量在此处没法转化成位移消散,从而导致在骨骼处会有大量能量蓄积,骨骼处的应力张量最大。当应力张量超过骨骼最大承受值时,就会引起骨折来进行能量转移。结论：在应力冲击中,由于粘弹性组织可以将应力能量转化成位移来实现能量消散,而刚性组织无法实现,从而导致在应力冲击中,骨骼的损伤是非常明显的。     

远端蒂腓肠神经营养血管皮瓣与肌皮瓣的临床应用与改进

目的:报道应用远端蒂腓肠神经营养血管皮瓣,肌皮瓣修复小腿下段及足踝部软组织缺损的可行性安全性和临床效果。方法:对42例以远端蒂腓肠神经营养血管(肌)皮瓣修复小腿下段及足踝部不同原因所致软组织缺损病例进行总结分析。本组男36例,女6例;年龄最大75岁、最小6岁;皮瓣最大面积17.0cm×15.0cm,最小6.0cm×5.0cm,其中12例皮瓣面积在10.0cm×10.0cm以上;6例设计为肌皮瓣(腓肠肌外侧头),肌瓣最大为10.0cm×7.0cm×2.0cm,最小为6.0cm×5.0cm×1.0cm。结果:所有病例术后皆出现不同程度的皮瓣肿胀,暗道较明道者明显。2例大皮瓣经行小隐静脉远端结扎仍出现肿胀、色暗,皮瓣近侧1/3坏死。皮瓣边缘坏死3例,换药治愈。部分坏死需行植皮者3例。36例术后伤口I期愈合,骨外露软件组织缺损覆盖修复满意,6例II期愈合,其中糖尿病,地中海贫血各一例。结论:(1)远端蒂腓肠神经营养血管皮瓣转位修复小腿下1/3及足踝部缺损创面,极有临床实用价值;(2)设计切取腓肠神经营养血管肌皮瓣修复小腿及足踝填充感染创腔是可行的;(3)但对其皮瓣及所携带的肌瓣究竟切取多大面积是安全的、肌瓣的血运机理以及远端蒂筋膜皮瓣中小隐静脉干是否结扎,何处结扎等问题仍有待进一步研究。     

CT评估急性重症胰腺炎及肝脏损害的应用价值

目的:分析计算机断层扫描（CT）评估急性重症胰腺炎（SAP）患者及肝脏损害的临床应用价值。方法:84名SAP患者根据病情分级为轻型组（n=36）和重型组（n=48）,其中重型组接受CT引导的经皮导管引流（PCD）术。分析两组CT影像学特征、血清C反应蛋白（CRP）及降钙素原（PCT）以及治疗前后二者水平与肝脏密度CT值的相关性。结果:重型组患者CT影像学示胰腺片状坏死、气泡、多区域胰液潴留、脂肪层模糊不清以及体积增大检出率均显著高于轻型组（P<0.05）。CT示高脂血症致胰腺炎患者胰腺坏死范围30%~50%,周围积液、渗出,尾部肿大,片状坏死。CT示急性胰腺炎患者胰腺坏死范围>50%,双侧胸腔积液,周围脓肿形成。重型组血清CRP与PCT水平均显著高于轻型组（P<0.05）;治疗前,重型组肝脏CT值显著低于轻型组（P<0.05）,治疗后,两组肝脏CT值比较差异无统计学意义（P>0.05）。治疗前,重型组肝脏CT值与PCT、CRP水平均呈显著负相关性（r=-0.643, r=-0.568;P<0.05）;治疗后,重型组肝脏CT值与PCT、CRP水平均无显著相关性（r=-0.084, r=-0.056;P>0.05）。重型组患者治疗时间显著长于轻型组（P<0.05）,治愈率低于轻型组,死亡率高于轻型组（P<0.05）。结论:CT可以有效评估SAP并发细菌感染患者的严重程度,且通过直观观察肝脏密度改变评估SAP患者肝脏损伤情况。     

肝左三角韧带形态特点及在腹腔镜手术入路意义

目的:研究左三角韧带的形态及其在腹腔镜肝脏外科的意义。方法:用30例动脉灌注乳胶标本研究左三角韧带的结构层次及左三角韧带内的血管,并结合腹腔镜实际操作研究手术入路。结果:左三角韧带前叶肝缘长(8.73±1.62)cm,膈缘长(9.03±1.33)cm,游离缘长(2.02±0.88)cm;肝上动脉文献未见描述,为起源于胃左动脉及膈下动脉的分支,出现率为80%,起始处直径平均为(1.46±0.35)mm,其主干横过肝左后上缘静脉,出肝处平均直径为(0.32±0.11)mm。结论:(1)本文发现并命名的肝上动脉可以作为判定肝静脉位置的重要标志;(2)腹腔镜手术中紧贴肝上缘打开左三角韧带不易损伤膈肌和肝静脉,出血少、速度快,可以使第二肝门左入路获得良好的手术显露。     

能谱CT基物质分离技术在肝硬化与正常肝脏血流定量研究中的应用

目的:探讨能谱CT基物质分离技术在Child-Pugh A级肝硬化与正常肝脏血流动力学定量研究中的应用价值。方法:收集临床确诊肝硬化Child-Pugh A级并行上腹部增强CT检查患者30例作为肝硬化组,同时收集肝脏及门静脉增强CT检查无异常患者30例作为正常肝脏组。两组均采用能谱CT扫描并重建70 keV单能量图像、碘基物质分离图像,在70 keV、碘基图像上分别测量动脉期（AP）和门静脉期（PV）肝脏五叶（肝尾状叶、肝左外叶、肝左内叶、肝右前叶、肝右后叶）CT值和碘浓度（IC）,计算动脉期碘分数(AIF)和门静脉期碘含量（PVIC）。采用独立样本t检验比较两组能谱参数,并运用ROC曲线分析各参数诊断效能。结果:肝硬化组动脉期CT值和碘浓度与正常肝脏组无统计学差异（P>0.05）,而门静脉期CT值和碘浓度显著低于正常肝脏组（P<0.05）。肝硬化组肝脏AIF稍高于正常肝脏组（P>0.05）,而肝脏PVIC均显著低于正常肝脏组（P<0.05）。以门静脉期肝脏平均碘浓度21.47 mg/mL为阈值评价肝硬化与正常肝脏血流时,ROC曲线下面积（AUC）为0.790,敏感度为77.8%,特异度为83.3%,显著高于肝脏CT值和PVIC。结论:能谱CT基物质分离技术可以用来评价肝硬化与正常肝脏血流动力学的改变和差异,为肝硬化的早期诊断提供更多依据。