时间-空间关联成像技术在胎儿圆锥动脉干畸形诊断的应用进展

常规超声心动图能够明确直观而简洁地描述心脏结构异常,是提示胎儿心脏畸形的重要手段。但是二维超声心动图提供的只是容积图像的平面化信息,对胎儿圆锥动脉干等大血管的形态结构及其位置关系很难作出立体直观的显示,较难准确判定大动脉的空间关系。文章阐述了时间-空间关联成像(STIC)技术充分利用三维的原理及空间效果、成像模式,通过高帧频采集数据,对信息进行时间和空间相关处理,直观显示心腔的空间结构,提高心室大动脉连接及位置关系的显示率及异常的发现率,从而提高疾病的检出率,弥补了常规二维超声的不足,为临床诊断及进一步治疗提供依据。     

组织多普勒超声心脏图像的动态三维重建

传统的超声心脏图像三维重建技术只限于描述三维及动态三维解剖结构,不能对心脏动态功能做出准确有效的评价。本研究将建立组织多普勒超声心脏图像的动态三维重建方法,通过超声医学图像三维重建技术和组织多普勒超声成像技术的结合,重建心脏运动的动态三维加速度场,为心脏功能的准确评价提供一条新的途径。论文解决了加速度矢量场重建过程中关键的矢量插值和融合显像的问题,从组织多普勒加速度图像中分别重建心肌运动三维加速度场和三维解剖结构,并进行融合显像。试验结果证明了二者之间相对空间位置正确,该方法可以为心脏疾病的诊断和心脏功能的评价提供更多信息,在心脏靶点起搏和心内消融等领域有潜在的应用价值。     

尾状核、豆状核和丘脑的三维可视化及与磁共振图像的融合

目的依据中国虚拟人数据集对尾状核、豆状核和丘脑进行三维重建并与临床影像数据进行融合，为神经外科疾病的诊断与治疗提供形态学依据。方法以中国虚拟人数据集为依据，采用图像透明的方法对尾状核、豆状核和丘脑进行手工分割，在平滑处理中运用了腐蚀与膨胀的方法，并把分割后的神经结构与病人磁共振图像进行融合，最后用表面绘制与体绘制相结合的方法进行三维重建。结果重建后的图像可清晰显示尾状核、豆状核、丘脑各个神经结构的形态、位置和毗邻关系。可在三维空间中绕任意轴旋转任意角度，从不同的方向进行观察。融合后的图像能同时显示虚拟结构与病人MRI图像。结论用三维可视化与MRI图像融合方法获得的图像资料，对于解剖学的教学研究以及神经外科疾病的诊断与治疗具有重要的参考价值。     

数字化人体喉的三维重建及其可视化

目的:构建基于PC的喉部三维可视化模型,为喉部解剖教学、虚拟喉科手术及临床喉外科手术治疗方案的选择提供数字化三维解剖学依据。方法:从第三军医大学采集的首例中同数字化可视人体数据集中提取会厌软骨上缘至环状软骨下缘的断层图像,在PC机上经数据分割、对位重建、平滑处理和三维显示等步骤,完成对喉部结构的三维重建和立体显示。结果:完整地重建了喉部各重要结构,可显示喉部各结构的空间位置和毗邻关系,重建结构可以单独或联合显示,可在在维空间位置上绕任意轴旋转任意角度。结论:该数字化可视人体数据集能够较好地重建喉的可视化模型,重建结构逼真,能展示喉的真实面貌,该结果可应用于喉外科手术辅助教学以及手术入路的辅助设计等。     

胰腺及其周围血管的三维重建和显示及临床意义

目的：利用腹部胰腺的CT数据进行三维重建和显示，研究胰腺正常和病变组织及其与周围血管的形态和位置关系。方法：20例临床病人腹部Light—speed CT增强扫描的原始数据，利用“医学三维图像工作室”软件系统对其进行读取、三维重建和显示。结果：重建出的胰腺及其周同血管图像真实，能实时旋转、任意厚度多次重建、切割，能观察出胰腺病变情况和周围血管受累程度。结论：本研究实现了胰腺及其周围血管的三维重建和显示，探讨出一种内脏器官和血管的重建方式，对断层影像解剖学教学、临床影像学诊断和治疔方案的设计具有明确的辅助作用。     

基于皱褶轮廓贝塞尔曲线插值的肠道内镜图像三维重建

目的肠道癌症的及早发现与治疗能大大提高患者的存活率,肠道内镜图像的三维重建可以增强医生对肠道结构的理解。目前肠道三维结构重建方法受肠道皱褶遮挡影响无法重建完整的肠道结构,并且重建的点云不能直观呈现肠道的结构。本文提出了基于肠道褶皱插值的重建方法拟解决重建的肠道不完整以及点云显示不直观的问题。方法首先利用肠道呈管道状的先验信息,运用运动恢复结构技术三维重建肠道褶皱轮廓,然后在皱褶之间进行贝塞尔插值重建肠道褶皱之间的肠壁,实现肠道整体的三维结构重建。最后在Open GL平台上,渲染并显示肠道的三维结构。本文应用该方法从两张内镜肠道图像重建了肠道的结构。结果该方法重建的肠道结构轮廓位置准确,能清晰直观地展现肠道结构。该方法融入了肠道形状先验信息,从内镜图像重建并直观显示了肠道三维结构。结论基于皱褶轮廓贝塞尔曲线插值的肠道内镜图像三维重建方法,克服了传统三维重建的缺点,能为医生提供直观的肠道结构信息,也为从连续多帧内镜图像重建肠道结构提供了技术基础。     

基于网络的颅部计算机三维重建和虚拟解剖

目的：研究基于网络重建颅面部组织的三维图像，并进行虚拟解剖。方法：2例人头面部Light-SpeedCT扫描的原始数据。经对原始图像输，读取后，兴趣区选择，利用Java编制基于网络运动的三维重建软件对其进行重建和解剖虚拟。结果：重建出的颅面部图像逼真，分层显示，能任意角旋转，任意厚度多次切割和恢复。同时能三维显示切除的组织结构，结论：实验了颅面部组织在Internet网上的重建和解剖虚拟，为计算机辅助解剖提供一条新的软件系统。     

首例中国数字化可视人体脊柱区颈段的三维重建研究

目的 建立中国数字化可视人体男性脊柱区颈段的三维可视化模型。方法 应用首例中国数字化可视人体数据集，选取从寰椎上缘到第7颈椎下缘的连续横断面图像。在SGI工作站上对颈椎、脊髓、椎动脉、椎间盘、颈神经等结构进行计算机三维重建并立体显示。结果 建立了脊柱区颈段重要结构的三维可视化模型，重建后的结构可多彩色立体显示，既能单独显示，也能任意搭配或总体显示，可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度观察。结论 脊柱区颈段的可视化数字模型，用三维图形方法显示该区结构的空间构形，将有助于解剖学教学，并可为颈部疾病的影像诊断和外科手术等提供参考。     

数字化人体眼外肌的计算机三维重建

目的：建立中国数字化可视人伴眼外肌的三维可视化模型。方法：应用中国数字化数据集，选取从眶顶到眶底的连续横断面图像，在PC机上对眼眶、眼球、眼外肌及视神经等结构进行计算机三维重建并立体显示。结果：建立了眼外肌及相关结构的三维可观化模型，重建后的结构可多色立体显示，既能单独显示，也可任意搭配显示或总体显示．可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度。结论：眼外肌的可视化数字模型，将有助于教学，并可为眼外肌疾病的影像诊断和外科手术提供参考．     

基于VTK和ITK环境的超声图像三维重建

背景：医学图像的三维模型,能够准确的三维结构在临床诊断上凸显重要性。 目的：对连续多帧的超声图像进行三维结构重建。 方法：利用可视化工具VTK和图像的配准分割工具ITK,在VC++的平台下,采取直接体绘制的方法,对连续多帧的DICOM医学超声图像进行了三维重建,并且用户可以利用鼠标与图片进行交互,实现任意角度的旋转。 结果与结论：合成体绘制在重建中的效果较优,相对而言更适合超声图像的三维重建。     

Left ventricular image processing

Left ventricular image processing methods of x-ray cineangiocardiograms and ultrasound echocardiograms are discussed. 3-D reconstruction methods of the left ventricle from ultrasound echocardiograms and magnetic resonance images are also discussed. Boundary detection of the left ventricle and the quantitative analysis of the left ventricular function and wall motion are discussed. To reconstruct 3-D shapes, we need several cross sectional shapes or silhouettes of the left ventricle. Several cross sectional echo images of apical long axis view are taken by changing the angles of rotation of the probe of echo transducer around its axis. Gated multi-phase MRI method is used to obtain each 2 cross sectional images in transverse, coronal and sagittal directions. Some results of 3-D shapes of the left ventricle and myocardium reconstructed are shown and 3-D functional images which give us regional functions of the left ventricular wall on three dimensional shape are shown.     

Thin sectional anatomy, three-dimensional reconstruction and visualization of the heart from the Chinese Visible Human

The research aimed to provide sectional anatomic and three-dimensional (3D) virtual anatomic bases for imaging diagnosis and surgical operation by the use of data from the heart of the first Chinese digitized Visible Human. Data from the series of thin sections of the heart were analyzed and input into an SGI workstation, and 3D reconstruction and virtualization of the heart were performed. Each image of sectional anatomy was clear and the 3D structures of the heart were reconstructed in their entirety. All reconstructed structures can be displayed by multiple structural and color modes, individually or jointly, and can be rotated continuously in any plane. The model of the virtual heart clearly showed fine structures of the heart in random orientation. The dataset of the sectional anatomy provides a fine and integrated morphologic base for imaging diagnosis. The 3D reconstructed images clearly show the internal and entire structures of the heart.This research was supported by the National Science Fund of China (NSFC) nos. 39925022 and 30720698     

Large-Scale 3-D Geometric Reconstruction of the Porcine Coronary Arterial Vasculature Based on Detailed Anatomical Data

The temporal and spatial distribution of coronary blood flow, pressure, and volume are determined by the branching pattern and three-dimensional (3-D) geometry of the coronary vasculature, and by the mechanics of heart wall and vascular tone. Consequently, a realistic simulation of coronary blood flow requires, as a first step, an accurate representation of the coronary vasculature in a 3-D model of the beating heart. In the present study, a large-scale stochastic reconstruction of the asymmetric coronary arterial trees (right coronary artery, RCA; left anterior descending, LAD; and left circumflex, LCx) of the porcine heart has been carried out to set the stage for future hemodynamic analysis. The model spans the entire coronary arterial tree down to the capillary vessels. The 3-D tree structure was reconstructed initially in rectangular slab geometry by means of global geometrical optimization using parallel simulated annealing (SA) algorithm. The SA optimization was subject to constraints prescribed by previously measured morphometric features of the coronary arterial trees. Subsequently, the reconstructed trees were mapped onto a prolate spheroid geometry of the heart. The transformed geometry was determined through least squares minimization of the related changes in both segments lengths and their angular characteristics. Vessel diameters were assigned based on a novel representation of diameter asymmetry along bifurcations. The reconstructed RCA, LAD and LCx arterial trees show qualitative resemblance to native coronary networks, and their morphological statistics are consistent with the measured data. The present model constitutes the first most extensive reconstruction of the entire coronary arterial system which will serve as a geometric foundation for future studies of flow in an anatomically accurate 3-D coronary vascular model.     

选择性冠状动脉造影术解剖结构的计算机数字化图像研究

为配合选择性冠状动脉造影术,利用IMG_2型计算机数字化图像处理系统(Digtal Image Processing DIP)的功能,根据物体的图像灰度,采用C语言编程,测算了50例成人心脏左、右冠状动脉口的内径、位置、平面角、夹角、开口方向、数目及左冠状动脉主干的长度,以探讨造影术成败的解剖学因素.     

国人肺静脉系统的三维可视化

目的 对中国数字化可视人体(CVH)男1号肺静脉系统进行三维重建,研究肺静脉系统的解剖特点,为教学、影像诊断及胸部手术提供精确的肺静脉系统三维模型.方法 对中国数字化可视人体数据集连续断面图像进行连续追踪观察和图像配准,在包含肺的断面上分割肺静脉,对分割结果运用3DMed软件通过阈值分割算法进行三维重建.结果 本研究完整地重建出肺静脉系统,重建图像质量较高,可单独显示肺静脉系统三维模型,也可同时显示肺和肺静脉以及肺内其他管道系统三维模型,以显示肺内各结构的空间位置和毗邻关系,以上结构都可从任意角度进行观察并进行缩放.结论 本研究分析了肺静脉系统的组成及其在肺内的空间分布情况,实现了肺静脉系统的三维可视化.     

颅颈交界区结构的三维重建

目的:建立颅颈交界区解剖结构的三维可视化模型。方法:选取首例中国数字化可视人体数据集中颞骨内耳门平面至枢椎下缘的连续薄层断面图像。运用3D-DOCTOR软件,在P4微机上分割重建颅颈交界区的解剖结构并立体显示。结果:成功重建并立体显示枕骨、颞骨、寰椎、枢椎、小脑、脑干及颈髓上段、椎动脉、颈内动脉、颈内静脉和部分硬脑膜窦等解剖结构的位置关系,建立了颅颈交界区的三维可视化模型。结论:颅颈交界区的薄层断面图像可为该区疾病的CT、MRI诊断提供参考。建立的三维可视化模型,可为颅颈交界区手术的术前训练和模拟提供形念学依据。     

基于CT增强扫描三维重建的股动脉插管个性化设计

目的　探讨基于CT增强扫描数据重建股动脉插管区血管的三维数字化模型的方法及其应用。 方法　采用1例股动脉插管失败病例,经CT增强连续扫描,获得数据集,以Dicom格式导入Mimics10.01软件,运用阈值选取技术、手动分割技术、三维动态区域增长技术、布尔运算技术对股动脉插管区进行三维重建。 结果　按照组织层次获得了股动脉插管区皮肤、血管、髋骨的三维数字化模型,该三维模型可以进行任意缩放旋转,可显示结构间的毗邻关系和空间构象,可在三维空间进行距离、角度的测量,由此找到了股动脉插管导丝误入腹壁下动脉的原因。 结论　提示在个人PC上用Mimics软件可以较为快捷地建立三维数字可视化模型,为临床介入治疗和影像诊断提供了形态学参考及个性化考量。     

三四岁儿童基底核团的三维形态学特点

文题释义：脑功能：前额叶皮质,被认为是认知的主要区域,与皮质下的脑区,特别是基底核有很强的联系,基底核主要参与运动过程。皮质负责启动认知、运动和行为指令,基底核通过正反馈执行这些指令。 大脑基底核：是埋藏在两侧大脑半球深部的一些灰质团块,是组成锥体外系的主要结构。它主要包括尾状核、豆状核(壳核和苍白球)、屏状核以及杏仁复合体。 背景：国内外对于成人大脑基底核团的研究较多,多借助影像学手段测量,而关于三四岁儿童基底核团形态学三维重建与测量甚少。 目的：建立三四岁儿童基底核团的三维立体模式,与其他年龄段进行比较,为探讨基底核团的神经发育提供形态学依据。 方法：选取三四岁儿童尸体15例,薄层切割基底核团,并完成其主要结构精确分割的图像数据集;分析各断面标本主要结构的横断面,在特定断面测量相关结构的径线和角度,比较侧别间差异;对原始数据进行重新采样,建立基底核团三维空间坐标系。测量基底核团主要结构的形态大小,明确解剖标识,量化空间信息,建立模型和公共参考系统;三维立体显示基底核团结构,对于各个结构赋以不同颜色,清晰显示其各结构间边界,并行任意角度旋转切割,观测其内部结构。研究方案的实施符合内蒙古医科大学的相关伦理要求。标本均为儿童监护人自愿捐献并签署“知情同意书”。 结果与结论：①获得儿童标本基底核团的连续横断面图像信息,通过重建获得其三维模型,重建结构不仅可显示其基底核团,测量基底核团体积、经线相关参数,侧别间差异无统计学意义;②所得三维重建结构可行任意角度、不同速度旋转,并可行相应的缩放及透明处理,使重建结构图像更加真实和逼真;③基于体绘制重建三四岁儿童基底核团为神经立体定向导航手术及癫痫等诊治提供形态学依据。 ORCID: 0000-0001-5877-8358(许阳阳);0000-0001-7716-9515(高尚) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程