三维数字虚拟人体肝脏系统的建立及其应用

目的建立基于中国可视化人（Chinese visible Human,CVH）的三维虚拟肝脏系统。方法选取CVH的腹部断层图像数据,利用三维可视化技术,联合运用表面重建与体积重建的方法,建立数字虚拟肝脏系统,并赋予该系统多种交互功能,利用该系统对肝脏解剖进行研究。结果成功建立数字虚拟肝脏系统。该系统具有任意移动、旋转、缩放、切割和多种多重显示等功能;具备多种测量功能和一定的虚拟手术功能,可准确揭示尾叶及肝外门、腔静脉间隙的解剖情况。结论数字虚拟肝脏系统能真实展示肝内外重要结构的解剖特征,为肝外科虚拟手术的发展提供可视化平台。     

适用于虚拟手术的鼻腔模型三维重建

目的：通过三维重建技术,构建出适用于虚拟手术中实时复杂交互的鼻腔模型。方法：①对高分辨率的人体切片数据进行图像分割和边缘提取;②采用面绘制技术对提取的轮廓序列进行三维数据生成;③对重建的模型根据实时交互的需要进行优化。结果：重建出的鼻腔模型在具有较少的面片数的同时保持了较高的几何分辨率和光滑性,读入虚拟手术系统后,在实时交互下能表现出较好的解剖精确性和实时绘制的真实感。结论：基于人体切片数据重建出的模型可较好地适用于虚拟手术中的复杂交互操作。     

颌面部虚拟手术平台的建立

目的探讨颌面部手术过程模拟的方法,为颌面外科医生术前计划和手术模拟提供重要手段。方法将颌面部二维图像导入Mimics软件进行三维重建,获得颌面部三维模型,再利用Simulation模块进行颌面外科手术的设计及模拟操作。结果对重建的颌面部三维模型进行旋转、切割、测量、定位等操作,完成模拟手术设计。结论利用交互式医学图像控制软件建立的颌面部虚拟手术平台可以帮助临床医生在手术前进行手术模拟及手术方案的制定,也可用于科研及教学。     

运用数字化虚拟技术和骨折单位概念分析骨折病理

目的探讨数字化虚拟技术在骨折病理分析和术前设计中的意义。方法42例围关节骨折病人（其中骨盆骨折8例、股骨粗隆间骨折9例、胫骨平台骨折5例、踝关节骨折13例和跟骨骨折7例）通过BrillianceCT扫描图象数据重建三维骨折可视模型并进行骨折病理分析,选择27例典型骨折（其中骨盆骨折5例、股骨粗隆间骨折7例、胫骨平台骨折3例、踝关节骨折7例和跟骨骨折5例）三维模型进行内固定手术的初步设计。结果重建三维可视模型可准确反映出骨折特点,骨折移位方向和程度,并可进行任意旋转观察,基本实现了内固定手术模拟。结论数字化虚拟技术三维重建可视模型清楚地显示骨折移位情况,为骨折分类提供依据,虚拟化手术设计和内固定方式选择为临床提供有益帮助。     

颅底肿瘤虚拟仿真手术

目的 针对不同颅底肿瘤，采用计算机虚拟仿真技术以量化方式设计手术方案，以提高手术成功率，降低并发症率。方法 重建颅底结构三维影像，标出手术范围、重要结构；三维图像上以开窗方式透视颅底结构，虚拟仿真手术骨瓣；以矩阵线性转换方式变换视角，选择最佳视角；以缩放视窗方式选择最佳窗面积，虚拟手术范围。再比较研究虚拟仿真手术方案，选择最佳手术方案。结果 20例颅底肿瘤全切除率80％，中颅底肿瘤全切除率100％；后颅底肿瘤全切除率67％，次全切除率33％。没有发生任何严重神经系统并发症。4例颅底再建手术成功率100％，手术后均未发生脑脊液漏，其中l例合并筛窦感染。结论 颅底肿瘤手术中采用计算机虚拟仿真技术设计手术方案可以在一定程度上提高手术成功率，降低手术并发症率；同时虚拟仿真技术还具有强大教学功能。     

个人电脑上肺癌64排CT数据的三维重建及虚拟手术

目的研究肺脏及其脉管系统的三维重建在肺癌虚拟手术中的应用价值。方法选取2015 年5 月~2015 年8 月在我院胸 外科进行手术治疗的24例非小细胞肺癌患者作为研究对象,将患者随机分为实验组和对照组,每组各12 例。对于实验组的12 例患者,在个人电脑上利用胸部CT扫描数据和Mimics 软件,使用面绘制的方法进行三维建模。通过对模型进行移动、分离、组 合、显隐等操作进行术前模拟演练。对照组的12 例患者按照常规方案进行手术治疗。分析两组患者的手术时间、术中出血量、 术后住院时间的差异。结果成功构建了包括胸部骨骼、肺、肿瘤、气管支气管树、肺血管的结构的实验组肺癌数字化模型。模 型几何相似性高、立体感强,真实地反应了肺癌的形态特点及其毗邻结构的空间关系。模型可编辑性强,模拟手术切除过程生 动、逼真,效果良好。所有患者均行手术切除,无围手术期死亡,无术后出血、感染等术后并发症。实验组手术时间优于对照组, 差异有统计学意义（P<0.05）,其余无统计学意义。结论肺癌个体化建模有助于术前安全评估并制定精确的手术计划。     

腕部骨骼血管数字化虚拟

目的应用数字化腕部技术构建腕部骨骼血管等重要解剖结构,建立虚拟腕骨及其滋养血管结构和形态。方法采用新鲜成人手标本经灌注处理后,通过CT扫描获得数据集,利用MIMICS软件重建腕部的外形、骨骼、动脉等,并对相关结构进行解剖学观察。结果建立了基于解剖结构的可视化腕部骨骼血管模型并精确显示腕骨及其滋养血管结构和形态,各结构可单独、联合显示,可任意旋转,模型透视及多剖面显示。结论腕部骨骼血管可视化模型为临床提供三维形态学资料,也为虚拟现实技术提供数字化模型。     

计算机虚拟隆鼻手术系统的研发应用

目的研发可用于隆鼻手术术前设计、手术模拟及假体制作的计算机三维模拟软件系统。方法提取20例单纯隆鼻术求美者手术前后的头部螺旋CT数据。应用DICOM格式数据进行三维重建和图像分割,分析手术前后面部轮廓的变形情况,建立数学模型。应用三维数字建模方法和软组织虚拟变形技术,开发计算机三维虚拟隆鼻手术系统。使用此系统预设隆鼻效果、模拟隆鼻手术,并将获取的植入体参数用于假体模型的制作,应用于实际的临床手术。结果建立了鼻假体与鼻外形改变之间关系的数学模型,经过20例隆鼻实例数据的校验,证明具有很高的精度。结论本课题组研发的Pureplastic虚拟整形系统,能够完成隆鼻手术的术前设计及术后效果模拟,并提供植入体参数用于假体制作,证实了计算机技术辅助隆鼻术的可行性。     

应用放射造影术进行肝脏数字化及其管道三维重建的研究

目的:探索应用放射造影术进行数字化虚拟肝脏及其管道三维可视化重建研究。方法:采用4例新鲜肝脏标本进行聚乙烯醇-氧化铋造影填充剂管道灌注,经64层螺旋CT无间断连续扫描后,获得肝脏断层图像数据集加以数字化处理,利用Mimics10.01、3D-Doctor、Amkira4.1等电脑软件,构建数字化虚拟肝脏模型及其管道三维可视化重建,并对其各管道进行图像质量评估。结果:(1)4例标本灌注全部满意,管道连续、饱满圆滑、无伪影,构建的数字化肝脏可视模型,其形态逼真,能随意旋转、放大和缩小;肝内管道系统的空间结构与外形的三维关系显示清晰,将肝脏外形与内部管道透明成像显示,可进行虚拟肝切实验;(2)肝内管道显影清晰,肝静脉显示级数为(11.7±0.81),门静脉显示级数为(11.8±0.76),胆管显示级数为(10.1±0.98),肝动脉显示级数为(10.2±0.98);管道三维重建图像质量平均优秀率依次为:96.21%、97.05%、97.63%、97.82%;肝内管道图像平均优秀率为97.18%。结论:应用放射造影术,结合螺旋CT扫描可获得精确完整的肝脏数据资料,构建出理想的数字化虚拟肝脏及管道模型,图像质量高、空间立体感强烈,可进行临床术前虚拟肝切实验及数字化网络教学应用。     

不同临床分期原发性肝癌患者的舌下络脉特征

目的:探讨原发性肝癌患者的舌下络脉特征.方法:应用舌诊综合信息分析系统对不同临床分期的原发性肝癌患者舌下络脉的形态、颜色及舌图像分析模块的红绿蓝值进行定量分析. 结果:舌下络脉脉形宽粗迂曲、颜色青紫或紫黑,且随病情演变而加重;临床Ⅲ期的原发性肝癌患者舌下络脉的异常程度较Ⅰ期和Ⅱ期高(P<0.05).结论:不同临床分期的原发性肝癌患者舌下络脉的形态、颜色及异常程度均有所不同.     

ERCP后螺旋CT仿真内窥镜在胆系疾病中的应用

目的探讨内镜逆行胰胆管造影(endoscopic retragrade cholangiopan creatography，ERCP)后应用螺旋CT仿真内窥镜(CT virtual endoscopy，CTVE)在胆系疾病中的诊断价值。方法采用螺旋CT对26例行ERCP术后的患者行SCT扫描，对扫描所得的数据行后处理再进行CTVE重建。结果选择适当的闽值应用CTVE技术观察，胆管、胆囊未见明显异常5例，表现为胆管内径匀称，壁光整；胆系结石14例，表现为胆管或胆囊内的光整的隆起性改变，病变周围的管壁亦光整；胆系癌肿5例，表现为表面不光整的腔内隆起性改变，周围管壁凹凸不平；胆总管炎性狭窄2例，表现为胆总管腔渐进性狭窄，内壁光整。结论ERCP后CTVE较为满意地显示了胆系疾病的腔内改变的细节，获得类似于内窥镜效果的图像，对临床的诊断和治疗提供了有价值的信息。     

虚拟手术教学系统的构建与应用

外科实践教学是培养医学人才的重要环节,但传统教学方式受到法律法规?患者配合程度以及教学资源等的限制?为此本教研室开发了虚拟手术教学系统,它互动性强,操作简便,不受时间及场地限制,相比于传统手术教学更能激发学生的学习兴趣,提高外科实践的教学效果?     

数字虚拟肝脏及其研究进展

数字虚拟肝脏是根据肝脏图像数据、可视化人体肝脏数据集或肝脏CT、MRI数据重建获得的计算机肝脏模型.在肝脏外科中主要应用于术前规划、模拟手术,取得了较好的效果;数字虚拟肝脏能精确显示肝内各种管道的解剖结构、空间位置,对深入理解肝脏超声图像特征、对准确进行肝内病灶定位大有裨益;数字虚拟肝脏在医学教学中也得到了广泛的应用.随着数字虚拟肝脏研究的不断深入,数字虚拟肝脏软件系统的开发,数字虚拟肝脏的应用也必将与时俱进.     

Digital medical technology based on 64-slice computed tomography in hepatic surgery

Background With the rapid development of computer technology, digital medicine has become a new direction in surgery. The application of digital medicine in hepatic surgery is still at the early stage and less reported in the literature. The aim of this study was to apply digital medical technology in the context of hepatic surgery. Methods Data from 64-slice helical computed tomography of 17 patients, including 13 with hepatocellular carcinoma and 4 with hepatic hemangioma, were imported into independently developed medical image software program, segmentation and three-dimensional reconstruction were performed. The three-dimensional models were then processed with the FreeForm Modeling System. We used virtual surgical instruments to perform surgery on the models. Simulated surgeries included six hepatic segmentectomies, four left hemihepatectomies, three right hemihepatectomies for hepatocellular carcinoma, one hepatic segmentectomy, two stripping surgeries, and one irregular segmentectomy combined with stripping surgery for hemangioma. For resections involving more than three hepatic segments, total and residual functional hepatic volumes were measured before and after simulation surgery, and the resection ratio was calculated.Results The anatomy of the models was distinct and was used to localize lesions. We used virtual surgical instruments to perform simulated surgeries and used the models to optimize actual surgeries. We were able to minimize resection volume as well as surgical risk.Conclusions Digital medical technology is helpful in the diagnosis of hepatic disease and in optimizing surgical plans. Three-dimensional models can decrease surgical risk and help prevent postoperative hepatic failure.     

基于64排螺旋CT扫描数据的肝脏图像分割和三维重建

目的 研究肝脏CT扫描图像中肝脏和肝内血管管道的分割方法及3D肝脏应用于肝脏虚拟手术的可行性及实用性.方法 利用正常人肝脏64排螺旋CT薄层扫描数据集,采集二维图像数据,利用图像处理软件Photoshop和MIMICS软件对二维图像数据进行肝脏及其肝内管道的图像分割和三维可视化重建,并对3D肝脏及其内部血管管道的效果进行评价.结果 肝脏的64排螺旋CT薄层扫描数据集:共获得658层CT扫描图像.分割后的肝脏边界清晰.肝内管道数据无丢失.分割后图像连续观察肝脏连续性好,无中断现象.重建的肝脏轮廓能真实反映肝脏的实际体积,具有肝脏的解剖标志,重建的管道结构清晰,管道连续、自然.通过调节肝脏的透明度可同时显示肝脏和肝内的动脉、静脉和门静脉各分支.结论 利用Photoshop图像处理软件对不同扫描时相的图像进行分割,方法简单实用,分割效果理想,重建时采用二次域值设置可分别将肝脏和肝脏内部管道系统重建,重建后的肝脏模型三维效果逼真,立体感强.既能够显示肝内各主要管道系统的空间位置关系,又能准确地反映肝脏轮廓体积,为虚拟手术奠定了准确逼真的3D肝脏模型.     

三维影像分析系统在肝脏肿瘤精准切除中的应用研究

目的：探讨IQQA-Liver影像分析解读系统指导精准肝脏切除的应用价值。方法：收集40例肝脏切除术患者术前CT或MRI增强检查结果,导入IQQA-Liver系统进行模拟手术,计算出模拟切除肝脏体积,与实际切除肝脏体积进行比较。结果：40例患者模拟切除肝脏体积为381.06±437.66 cm3,实际切除肝脏体积为411.75±473.45 cm3,两者差异无统计学意义（t=0.301,P=0.764）;模拟切除肝脏体积和实际切除肝脏体积呈显著正相关（r=0.976,P＜0.01）。结论：IQQA-Liver影像解读分析系统可对肝脏进行三维重建,对肝脏肿瘤精确定位,其模拟手术功能可准确评估肝脏切除体积,在肝脏切除术前评估中有一定的指导价值。     

肝泡球蚴病肝移植胆道并发症诊治的初步体会

目的：探讨泡球蚴病（hepatic alveolar echinococcosis，HAE）肝移植胆道并发症的诊断和处理。方法：快速肝、肾联合切取供肝，其热缺血时间控制在6min内。2例肝泡球蚴病患者分别采用“经典式”和“背驮式”原位肝移植，并行空肠肝总管Roux-en-y吻合术，观察2例治疗效果。结果：2例患者肝移植后1～3周左右出现胆汁性状改变，量少、色淡、稀薄。2个月左右形成“胆泥树”，分别于移植后45d和4个月，因胆道反复感染导致感染性休克和肝、肾功能衰竭死亡。结论：（1）肝泡球蚴病呈“类癌”样浸润性生长，可直接侵犯胆道内皮细胞，其本身的液化坏死物堵塞胆道造成胆道高压，与胆道的感染互为因果。（2）肝泡球蚴病肝移植因其早期侵犯胆道及高胆道并发症，放置“T”型管具有必要性。（3）泡球蚴病感染可产生一定程度的免疫耐受现象，应注意该类患者肝移植后的免疫抑制药物剂量的选择。     

数字化虚拟胰腺三维重建图像与传统解剖学图像的比较

目的:研究数字化虚拟胰腺三维重建图像与传统解剖学图像,试图为解剖学和临床外科提供更为准确的解剖学依据及解剖学研究方法. 方法:采用基于虚拟中国人女性一号的胰腺三维重建及三维可视化数字图像资料,与传统的解剖学图像进行对比分析. 结果:三维重建的图像与传统解剖学图像在某些结构上有明显的差别,三维重建图像更为真实直观,更加便于学习和理解. 结论:虚拟重建图像形象逼真,能真实还原组织器官结构的本来面貌,是解剖学研究和学习的新途径.