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医学图像三维可视化技术研究
随着计算机图像处理技术的发展, 医学图像的三维可视化变为可能, 并逐渐成为一个新的研究热点.文中介绍了医学图像三维可视化的预处理技术,面绘制和体绘制方法,可视化软件系统的研究现状及三维可视化技术在医学诊断和临床医学上的应用.
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房间隔缺损介入封堵术的三维可视化模拟
目的探讨用三维可视化技术来模拟房间隔缺损介入封堵治疗术的方法.在术前模拟封堵治疗结果,以选取合适的封堵器或判断是否适合做封堵手术.方法对病小儿心脏用超声三维数据体绘制的方法进行可视化,同时用三维建模技术模拟封堵器以及其在房间隔缺损中的形态.结果超声三维可视化技术可以清晰地看到房间隔缺损的形态以及大小,而利用模拟技术可以任意选择封堵器的大小并显示封堵术的结果,在术前对医生的判断可以起到一定的辅助作用.讨论本文提出的方法显示速度快,且三维显示清晰准确,可以作为介入治疗术前指导的辅助手段.
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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.
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正颌外科颅面三维虚拟手术系统的建立
目的应用计算机三维成像技术,开发建立基于体数据的计算机三维虚拟手术系统,在计算机屏幕"手术室"中完成正颌外科截骨手术.方法将手术前牙颌面畸形患者CT断层序列图像重建成三维体数据,通过表面绘制的方法显示出三维图像,模拟骨组织的切割、旋转和平移等手术操作并预测手术效果.结果该系统可以帮助医生直观地观测手术过程和效果,选择合理的手术方案.结论颅面三维虚拟手术系统具有较强可视效果,对于提高手术的安全性和准确性具有重要作用.
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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.
关键词： 手术导航 立体定向神经外科手术 三维可视化 图像处理 计算机辅助 -
一种新的医学图像处理中的网格简化算法
文章提出了一种新的基于三角形收缩的网格简化算法,并将其应用于含有大量三角面片的医学图像三维模型的简化.由于进行了精确的误差控制,经过简化,在显示质量没有明显降低的前提下,显示刷新速率大大提高,并且使得简化后的三维模型更适合于进一步的处理.该算法保持了模型的拓扑结构,使得算法更加健壮.
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肝胆管结石精准肝切除三维可视化研究进展
肝胆管结石精准肝切除三维可视化是现如今治疗肝胆管结石的有效方法之一。通过对于二维检测影像的立体转化，帮助准确诊断病情，手术路径的合理选择以及大化地剩余肝脏等。根据如今可视化技术的发展，肝胆管结石精准肝切除三维可视化技术在未来的临床应用中会有一个好的发展前景。
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三维医学影像技术辅助超声引导下穿刺注射平阳霉素治疗巨大肝血管瘤的应用价值
目的 评估三维医学影像辅助超声引导下穿刺注射平阳霉素治疗巨大肝血管瘤的应用价值.方法 选择2013年2月至2014年12月河南省濮阳市中医医院收治的76例巨大肝血管瘤患者.所有患者分为二维常规治疗组与三维规划治疗组2组,每组各38例.二维常规治疗组患者接受常规CT检查,超声引导下注射平阳霉素治疗;治疗过程中,依据医师经验来确定穿刺针数及用药量.三维规划治疗组患者在接受常规CT检查后,将常规CT图像用解放军总医院自主研发的三维可视化软件进行三维重建和分析,规划穿刺路径,并依据规划,超声引导下注射平阳霉素治疗.采用配对t检验比较二维常规治疗组与三维规划治疗组患者肿瘤平均直径、穿刺注药次数、单个肿瘤治疗平均用药量;采用x2检验比较二维常规治疗组与三维规划治疗组患者首次治疗成功率、不良反应发生率差异.结果 2组患者肿瘤平均直径差异无统计学意义.三维规划治疗组患者穿刺注药次数、单个肿瘤治疗平均用药量均低于二维常规治疗组患者[(6.2±0.5)次vs (9.3±0.6)次,(99.2±8.0) mgvs(148.8±9.6)mg],而首次治疗成功率高于二维常规治疗组患者[100％(38/38) vs 73.6％(28/38)],且差异均有统计学意义(t=24.467,P=0.035;t=34.613,P=0.029;x2=131.91,P=0.032).三维规划治疗组患者不良反应发生率低于二维常规治疗组患者[15.8％ (6/38) vs 57.9％ (22/38)],且差异有统计学意义(x2=38.849,P＜0.05).结论 在三维医学影像技术辅助下,可减少超声引导下介入治疗单个巨大肝血管瘤的穿刺次数及用药总量,提高首次治疗成功率,达到较好的治疗效果.
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同步辐射技术对大鼠腰椎小关节退变的三维可视化研究
目的:利用同步辐射相衬成像技术(synchrotron radiation propagation phase contrast micro-tomography, SR-PPCT)对大鼠腰椎小关节(lumbar facet joint,LFJ)的解剖微结构进行三维可视化观测及量化分析,探讨小关节源性腰痛(low back pain,LBP)的潜在机制.方法:取成年(对照组)和老化(实验组)SD大鼠L4/5小关节,经多聚甲醛固定、梯度脱水后于上海光源X射线成像与生物医学应用(BL13W1)光束线站进行扫描.采用独立样本t检验比较两组大鼠LFJ间软骨、软骨下骨板、松质骨、关节间隙的差异.结果:成年组大鼠LFJ关节间隙为38.00±4.50μm,软骨厚度为15.6±0.63μm,软骨体积为(51.25±1.49)×104μm3,软骨下骨板厚度为16.37±1.23μm,软骨下骨骨体积分数(BV/TV)为(60±5)％,表面积体积分数(BS/TV)为180±20mm-1,松质骨骨小梁数量(TbN)为6.85±0.31 mm-1;老化组LFJ关节间隙为16.25±0.85 μm,软骨厚度为18.90±2.14μm,软骨体积为(37.00±1.83)×104μm3,软骨下骨板厚度为72.48±3.14μm,软骨下骨骨体积分数(BV/TV)为(87±4)％,表面积体积分数(BS/TV)为0.97±0.08mm-1,松质骨骨小梁数量(TbN)为2.07±0.21 mm-1;与成年组相比,老化组大鼠LFJ关节间隙变窄(P＜0.05)、软骨容量减低(P＜0.05),软骨厚度改变无统计学差异(P＞0.05)、软骨下骨骨板增厚(P＜0.05),孔隙状结构消失,松质骨骨小梁数量减少(P＜0.05).结论:SR-PPCT可实现软骨和软骨下骨的同时高精度三维可视化观测;LFJ退变过程中软骨和软骨下骨形态均发生明显改变.
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计算机辅助脊柱手术导航及其应用进展
计算机辅助脊柱手术导航系统(computer aided surgery navigation system,CSSNS)是将脊柱三维定位系统、计算机医学图像处理以及三维可视化相结合,辅助医生完成日益复杂的脊柱外科手术和纷繁复杂的内固定操作.其具有创伤小、精度高、辐射少等优点,是脊柱外科中一种方兴未艾的新技术.
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三维数字虚拟肝脏对肝脏尾状叶外科应用解剖的研究
目的 对肝尾状叶的临床应用解剖进行揭示,为l临床诊治提供指导.方法 利用中国可视化人数据集,采用三维可视化技术,建立数字虚拟肝脏系统;对肝尾状叶进行应用解剖研究,确定其亚分段,边界,及空间范围等.结果 成功建立了数字虚拟肝脏系统,具有多种交互功能及一定的虚拟手术功能;尾状叶左侧边界清晰,其腹侧、右侧边界模糊;经过静脉韧带裂的冠状斜切面可代表肝尾状叶的相对腹侧缘;经过第二肝门与胆囊窝底部的矢状斜切面可代表尾状叶的相对右侧缘;尾状叶可分为2个部分:左侧的Spiegel叶与右侧的腔静脉旁部,尾状突以及右后突属于腔静脉旁部.结论 明确了尾状叶亚分段,边界,以及空问范围等解剖概念;三维虚拟肝脏系统的建立为数字解剖、虚拟手术的发展提供了平台,对肝外科具有实践指导意义.
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结肠癌伴孤立巨大肝转移切除术一例
患者男,72岁,因“反复中上腹胀痛不适1月余”入院；既往有乙肝病史,无高血压、糖尿病、心脏病等病史,无手术史。入院查CT示：左肝巨大占位,约22.1 cm×11.3 cm,与胃小弯粘连(图1)；门静脉右支无显示(图2),左结肠壁增厚,考虑结肠癌肝转移可能。肿瘤标记物检查示：CEA 54.52μg/L, CA19-9120.10 U/ml,AFP正常,血常规、血液生化分析未见明显异常。术前诊断考虑结肠癌伴孤立巨大肝转移。因肝脏转移瘤巨大,既往有乙肝病史,故术前对肝脏储备功能及肝脏体积进行精确评估。行以下检验：凝血酶原时间15.3 s,吲哚青绿排泄试验(ICGR15)3.30%；肝纤维化指标：甘胆酸3.23μg/L,透明质酸(HA)270.54μg/L,人Ⅲ型前胶原肽89.50μg/L,提示中度纤维化,未达到肝硬化。同时将肝脏CT结果导入厦门强本公司liver软件进行三维可视化重建,重建结果清晰立体地显示肝脏肿瘤局限于左半肝,贴近门静脉右支,门静脉左支受侵不显影(图3、4)；通过软件测得肝脏总体积为3588.20 ml (图5),在距离肿瘤边界1~2 cm设定预切除线进行模拟手术,计算出模拟切除肝脏体积2485.77 ml,残余肝脏体积1102.43 ml(图6),残余肝脏体积占肝脏总体积30.72%。综合评估患者肝功能Child A级、无肝硬化、肝储备功能正常、残余肝脏体积>30%。经充分术前准备后,对该患者实施左半结肠癌根治+扩大左半肝切除手术。采用上腹部“人”型切口进腹,术中见肝转移瘤位于左半肝(图7),成外生性生长,覆盖于胃、左横结肠、降结肠之上,大小约25 cm×15 cm。因肿瘤巨大,占据结肠癌手术视野,故术中决定先行扩大左半肝切除。游离肝周韧带,将肿瘤稍向外托出,暴露并解剖第一肝门,分离、切断肝左动脉；阻断第一肝门；距肿瘤边缘1~2 cm设置预切除线(图8),采用钳夹法逐步断肝,完整切除肿瘤,肝脏断面用电刀喷凝止血(图9、10)；切除的肿瘤重2500 g(图11)；术中探查可触及左横结肠近脾曲一肿物,未突破小肠浆膜,肠系膜淋巴结未见明显肿大,遂行左半结肠癌根治术。术后给予预防肝衰竭的精良护理,患者1周肝功能恢复正常,术后第10天痊愈出院。院外遵医嘱定期来院行FOLFOX6方案化疗。术后6个月复查腹腔CT显示无肿瘤复发(图12)。
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肝脏三维可视化技术在第二肝门区肿瘤手术切除中的应用
目的 探讨肝脏三维可视化技术在第二肝门区复杂肿瘤切除中的应用.方法 回顾性分析2014年8月至2015年9月在东方肝胆外科医院肝外三科接受手术治疗的80例第二肝门区肿瘤患者资料,男性58例,女性22例,年龄21～ 70岁,中位年龄52岁.肿瘤大径3.0 ～ 17.0 cm,中位数为7.6 cm.所有患者术前均采用三维可视化技术合成肝脏三维图像,观察肝内血管与肿瘤关系,计算拟切除及剩余肝脏体积,规划手术方案.术中采用合适的肝血流阻断技术完成肝脏切除手术.观察患者肝内血管走行及变异、手术方式、手术时间、肝血流阻断方式及时间、术中出血量、肝切除体积、术后并发症发生情况.结果 应用三维可视化技术对80例患者进行手术风险评估后,23例改变了手术方式.肿瘤压迫1根主肝静脉44例,压迫2根主肝静脉32例,压迫3根主肝静脉4例,同时压迫下腔静脉58例;肝脏6、7段切除12例,肝脏2、3段切除14例,肝脏4、5、8段切除8例,右半肝切除9例,左半肝切除8例,右三叶切除3例,左三叶切除5例,局部肝段切除12例,行联合肝脏分隔和门静脉结扎的二步肝切除术9例.采用全肝血流阻断技术4例,采用选择性肝静脉阻断技术16例.中位手术时间132 min(80～240 min);中位术中出血量580 ml(100～5 000 ml).中位肝切除体积为750 ml(30～2 000 ml).术后出现腹腔出血再手术止血患者1例,术后胆漏14例,需处理胸腔积液患者5例,需处理腹腔积液患者4例,切口感染5例,肺部感染2例,胆道梗阻2例,本组无手术死亡病例.结论 运用肝脏三维可视化技术规划手术方案可保障第二肝门区手术的安全,并能优化手术方案,降低术中出血量及术后肝功能衰竭等并发症发生率.
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肝脏三维可视化技术在肝脏恶性肿瘤治疗规划中的应用研究
目的 探讨三维可视化技术在肝脏恶性肿瘤治疗规划中的作用.方法 回顾性分析2016年1月至2017年1月在第二军医大学东方肝胆外科医院肝外三科就诊的300例肝脏恶性肿瘤患者的临床资料,男性221例,女性89例,中位年龄54岁(7～76岁),中位身高168 cm(115～183 cm),中位体重65 kg(20～105 kg),中位肿瘤体积142 ml(23～2493 ml).所有患者术前均采用三维可视化技术进行肝脏三维图像重建,并通过二维和三维的方法进行术前评估和制定治疗方案.观察三维评估对二维评估治疗方案的改变,以及手术时间、肝血流阻断时间、术中出血量、术中输红细胞量、术后并发症等情况.结果 应用三维可视化技术评估后,300例患者中75例(25.0％)改变了治疗方案.25例患者扩大了肝切除范围,其中因肝静脉变异、相应引流范围增大而扩大切除范围7例,因切除门静脉后肝实质缺乏血流灌注而扩大切除范围4例,因增加切缘而扩大切除范围14例.8例患者缩小了肝切除范围,其中因肝静脉变异缩小切除范围4例,因剩余肝脏体积不足缩小切除范围4例.300例患者中,278例患者完成了手术切除,其中257例进行了直接手术治疗(左半肝切除24例,右半肝切除33例,左三区切除12例,右三区切除11例,尾状叶切除10例,左外区切除18例,右前区切除7例,右后区切除25例,中肝切除18例,肝段切除99例).36例患者改行二步肝切除(联合肝脏分隔和门静脉结扎的二步肝切除术11例、门静脉栓塞25例)策略.中位手术时间130 min(90～360 min)、中位入肝血流阻断时间20 min(0～75 min)、中位术中出血量200 ml(20～1600 ml).278例手术患者中,术中输血37例,平均红细胞悬液输血量(4.4±1.7)个单位(0～8个单位)、中位肝切除体积530 ml(30～2600 ml).患者术后出现胸腔积液117例,其中需胸腔穿刺处理的胸腔积液3例;腹腔积液23例,其中需行腹部穿刺处理的6例;胆瘘30例;术后腹腔肝创面渗血8例,需输血处理6例,行剖腹探查止血4例;出现术后肺部感染3例;出现术后胆道梗阻3例;下肢深静脉血栓2例,门静脉血栓4例.本组观察患者术后均未发生肝功能衰竭和死亡.结论 三维可视化技术可以优化肝脏恶性肿瘤患者的治疗策略,提高手术安全性.
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三维可视化技术辅助的肝切除术治疗原发性肝癌的疗效分析
目的 探讨三维可视化技术辅助的肝切除术治疗原发性肝癌的疗效.方法 前瞻性非随机地将2013年9月至2014年12月南方医科大学珠江医院收治的108例原发性肝癌患者分为三维可视化技术辅助的肝切除组(3D组,55例)和常规肝切除组(常规组,53例).记录两组患者的手术时间、失血量、输血量及术后第1、3、5天肝功能生化指标变化和术后并发症发生情况.采用返院复查或电话的方式进行随访.符合正态分布的计量资料行两独立样本t检验,不符合正态分布的行非参数Mann-Whitney U检验;计数资料采用x2检验或Fisher确切概率检验.结果 3D组和常规组患者术中输血量分别为300 ml(200 ～ 600ml)和400 ml(300 ～700 ml)(x2=-2.609,P=0.009),术中失血量分别为400 ml(250～600 ml)和550 ml(400～800 ml)(x2=-2.277,P=0.023),手术时间分别为(247±57) min和(262±53) min(x2=-1.787,P=0.074).3D组术后第1、3、5天ALT、AST、总胆红素水平均低于常规组(x2=-5.740 ～-0.692,P值均＜0.05).3D组术后第3、5天血清清蛋白水平高于常规组[(33.0±5.6) g/L比(31.2±4.1)g/L,t=1.922,P＜0.05;(36.7±4.4) g/L比(34.7±4.2)g/L,t=2.573,P＜0.05].3D组和常规组术后总体并发症发生率分别为10.9％和30.1％(x2 =6.185,P=0.013),术后住院天数分别为(12.6 ±3.6)d和(14.4±3.5)d(x2=-3.384,P =0.001),肿瘤标本切缘阳性率分别为0和9.4％(Fisher检验:P =0.026),术后1年肿瘤复发率分别为22.2％和37.5％ (P＞0.05),术后1年生存率分别为82.2％和77.5％ (P＞0.05).两组均无围手术期死亡.结论 三维可视化技术辅助的肝切除术治疗原发性肝癌可减少手术损伤、降低术后并发症发生率,提高手术的有效性和安全性,使患者获得较好的预后.
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肝门部胆管癌三维可视化精准诊疗平台构建及临床应用
目的 探讨肝门部胆管癌三维可视化精准诊治平台的构建及临床应用价值.方法 回顾性收集2009年1月至2015年12月南方医科大学珠江医院肝胆一科诊治的32例术前构建三维重建模型的肝门部胆管癌患者资料.男性20例,女性12例;年龄40～85岁,平均62岁.Bismuth-Corlette三维可视化分型:Ⅰ型2例、Ⅱ型5例、Ⅲa型10例、Ⅲb型11例、Ⅳ型4例.记录患者的手术时间、失血量、实验室检验结果和术后并发症.其中5例患者进行了肝脏三维打印技术辅助的术中实时导航.根据患者的诊治流程构建肝门部胆管癌三维可视化精准诊治平台.结果 本组患者均成功构建三维可视化模型,可清楚显示肝内各管道、肿瘤大小和位置、肿瘤与肝内管道的解剖关系;肝脏三维打印模型形象逼真,立体感强,能实时导航手术.根据Bismuth-Corlette分型,其中Ⅰ型2例行肿瘤局部切除,胆肠吻合术;Ⅱ型5例行肝脏4b段切除、5段部分切除、1段切除,胆肠吻合术;Ⅲa型10例行右半肝切除、肝脏1段切除,胆肠吻合术;Ⅲb型11例行左半肝切除、肝脏1段切除,胆肠吻合术;Ⅳ型4例行肝脏4b段肝切除、5段切除,胆肠吻合术.手术时间270 ～660 min,术中失血量588 ml,平均术后住院时间25 d,平均术后第3天总胆红素水平233 μmol/L.术后出现胆漏1例,经通畅引流内科治疗治愈;无肝功能衰竭及围手术期死亡病例.结论 肝门部胆管癌三维可视化诊治平台实现了术前精确诊断,尤其在肝内管道变异的情况下,有助于术中精准操作、提高手术成功率.
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三维可视化技术在胰腺肿瘤术前评估中应用的初步研究
目的 探讨三维可视化技术在胰腺肿瘤术前评估中的应用价值.方法 回顾性分析2016年6月至9月南京军区南京总医院普通外科研究所肝胆胰腺病区收治的26例胰腺肿瘤患者的临床资料.男性18例,女性8例;年龄23 ～ 77岁,平均(57±12)岁.恶性肿瘤20例,良性肿瘤6例.应用三维可视化技术将患者术前二维CT图像进行三维可视化重建,观察胰腺肿瘤累及范围、肿瘤与血管关系、胰周肿大淋巴结情况等.结果 26例患者的CT图像三维可视化重建后,可清晰立体地显示肿瘤与肠系膜动静脉的关系(24例)及血管解剖变异(3例),清晰显示可疑的淋巴结(12例),发现小的肝脏转移(1例).15例评估后行胰腺肿瘤切除,三维重建肿瘤的解剖关系与术中大致相符.将三维重建用于胰腺癌新辅助化疗肿瘤大小及范围评估5例.结论 三维可视化技术能够对胰腺肿瘤术前进行精准评估,在明确解剖变异、肿瘤大小、肿大淋巴结等方面具有一定的临床应用价值.
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三维可视化技术在肝泡型包虫病外科治疗中的应用
目的 探讨三维可视化技术在肝泡型包虫病的术前评估及手术规划中的应用价值.方法 回顾性收集2011年5月至2015年5月在新疆医科大学第一附属医院接受外科手术治疗的85例肝泡型包虫病患者的临床资料,利用患者术前64层CT数据,采用三维可视化技术对患者肝脏、肝内管道及病灶进行个体化三维重建,评估手术可行性和安全性,指导临床手术实施.通过比较术前和术中各项测量指标的差异来评估三维重建系统的准确性.结果 85例患者均行根治性手术治疗(根治性肝切除59例、自体肝移植26例),实际手术方案与术前三维重建虚拟手术设计的方案一致,三维重建对重要血管及胆管解剖学的评估结果与术中所见基本相符.利用三维可视化评估方法计算拟切除肝脏体积[(751 ±510)cm3]与术中实际切除肝脏质量[(777±567)g]呈正相关(r=0.990),测量误差率为4.7％;26例自体肝移植患者剩余肝脏体积[(873±258) cm3]与术中实际剩余肝脏质量[(850 ±267)g]呈正相关(r=0.975).所有患者术后随访6～ 46个月(平均11.3个月).随访期间死亡3例,复发2例,其中1例接受二次手术治疗后康复出院,1例拒绝手术治疗,给予药物治疗.结论三维可视化技术在肝泡型包虫病外科治疗术前评估及手术规划过程中有一定价值.
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计算机辅助骨科手术的临床医学评价方法
随着计算机技术和精密机械自动控制技术的日益成熟,医学影像设备成像质量的不断提高,把计算机医学图像处理及三维可视化、医用机器人、空间三维定位导航系统和临床手术结合起来,研制开发计算机辅助手术导航系统(computer assisted surgery,CAS),正逐步被医生和工程人员所接受.由于骨科手术所涉及的骨骼、关节及其周围软组织容易被X线、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、超声成像(US)等医学影像设备清晰地反映,因此CAS在骨科手术领域应用为广泛和活跃,计算机辅助骨科手术(computer assisted orthopaedics surgery,CAOS)将有可能成为未来骨科手术的首选标准方案[1,2].
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胰头癌三维可视化精准诊治专家共识
胰头癌三维可视化技术可为术前准确诊断、可切除性评估和个体化手术方案规划提供决策.胰腺三维打印实现了三维可视化图像向三维可视化物理模型的跨越式转变,可更好地指导复杂性胰头癌精准手术.为规范三维可视化和三维打印在胰头癌精准诊治的应用,国内4个行业学术组织共同组织国内相关领域的专家编写了本共识.共识从胰头癌的术前评估、CT数据采集方法、三维可视化模型构建、三维可视化可切除性评估临床分型、仿真手术、三维打印、三维可视化指导胰头癌精准手术治疗、可切除性评估的术中检验和三维可视化对胰头癌其他治疗手段9个方面提出了建议,以供正在开展或准备开展胰头癌三维可视化的医师参考.
