肝内外胆管结石外科手术虚拟现实螺旋CT扫描三维立体空间图像可视

肝内外胆管结石外科手术虚拟现实螺旋 CT 扫描三维立体空间图像可视化仿真

摘要:目前，利用现代科技虚拟现实技术手段，将现代影像学，计算机图像处理，肝脏解剖学 和肝脏外科相结合， 进行跨学科和交叉学科的研究并建立“真实”的虚拟脏器模型和仿真手术已 成为研究热点如何用螺旋 CT 扫描的数据进行三维重建、重建出真正的可满足临床需要的、可 任意旋转和进行手术的切割和分离的三维立体空间图像、并且具有力反馈的感觉、进而对其 进行仿真手术这样的过程对外科手术有深远的实际意义本课题从肝内外胆管结石的角度进行 研究，寻求肝内外胆管结石三维重建和可视化仿真手术的方法、意义及其向其他手术扩展的 可能 目的 1.研究基于64排螺旋 CT 扫描数据的肝脏及其内部管道、腹腔血管的手工辅助分割 和三维重建的方法 2.研究基于64排螺旋 CT 扫描数据的肝脏及其内部管道、腹腔血管的程序 自动分割和三维重建的方法 3.研究个体化肝外胆管结石胆囊切除、胆总管切开取石仿真手术 的方法 4.研究个体化胆管结石胆囊切除、胆总管切开取石并左半肝切除仿真手术在治疗肝内 外胆管结石中的临床意义 方法 1.基于64排螺旋 CT 扫描数据的肝脏及其内部管道、腹腔血管 的手工分割和三维重建 1研究对象肝内外胆管结石患者，女性，52岁，身高1.58米，体重54 公斤 2腹部64排 CT 原始数据采集数据采集设备为荷兰产 PHILIPS64排螺旋 CT 高压注射器采 用 MEDRAD 双筒高压注射器美国图像后处理工作站为 PHILIPSBrilliance64层螺旋 CT 自带的 Mxview 工作站对患者腹部进行平扫和动态 CT 增强薄层扫描扫描范围膈顶至髂前上脊，并采 集 CT 薄层扫描数据刻录光盘备用 3图像分割 ImageSegmentation 首先用 DICOM 查看软件将 采集的患者 CT 数据 DICOM 格式转换为 BMP 格式，然后用 PC 机上自带的 PHOTOSHOP 软 件对图片进行分割并提取出感兴趣的组织，保存图片操作步骤是采用套索工具将感兴趣的脏 器轮廓标注，然后选择反选-删除-保存本部分感兴趣的组织器官有肝脏、肝动脉、肝静脉、胆 囊、扩张的胆管、腹主动脉、下腔静脉、门静脉等 4三维重建 Three-dimensionalReconstruction 采用 MimicsV11.0三维重建软件，对分割好的图像进行三维重建，对模型进行精加工重建出的 几个目标物体分别以 STLStandardTemplateLibrary 标准模板库格式导出并保存最后将这些脏器 的 STL 文件一起导入 Mimics 软件中，得到既忠实于原始数据又适合虚拟操作的模型 2.基于 64排螺旋 CT 扫描数据的肝脏及其内部管道、腹腔血管的程序自动分割和三维重建的方法 1 研究对象女性，40岁胆囊结石、胆总管结石患者体重48公斤

身高1.64米 2腹部64排 CT 原始数 据采集数据采集设备为荷兰产 PHILIPS64排螺旋 CT 高压注射器采用 MEDRAD 双筒高压注射 器美国图像后处理工作站为 PHILIPSBrilliance64层螺旋 CT 自带的 Mxview 工作站对患者腹部 进行平扫和动态 CT 增强薄层扫描扫描范围膈项至髂前上脊，并采集 CT 薄层扫描数据刻录光 盘备用 3图像分割和三维重建图像分割第一步同手工分割， 也是先用 DICOM 查看软件将采集 的患者 CT 数据 DICOM 格式转换为 BMP 格式采用自主开发的医学图像处理软件将分割和重 建一次完成首先在待分割的目标区域中选择一个种子点作为生长的起始点，然后在种子点的 领域中搜索那些与种子点的相似特征度满足指定生长准则的像素，并与种子点所在区域合并 此时将新合并的像素作为新的种子点，继续以上搜索和合并过程，直到没有可以合并的像素 为止对于那些与周围组织密度差别不大，或不方便用三维立体分割的组织器官可以用单张二 维分割方法进行分割后再重建本部分感兴趣的组织器官有肝脏、肝动脉、肝静脉、胆囊、扩 张的胆管、腹主动脉、下腔静脉、门静脉等几个目标物体分别以 STL 格式导出并保存重建出 的脏器同样是既忠实于原始数据又适合虚拟操作的模型 3.研究个体化肝外胆管结石胆囊切 除、胆总管切开取石仿真手术的方法 1研究对象、腹部64排 CT 原始数据采集、图像分割和三 维 重 建 同 第二 部 分 2 光滑 、 除 噪 将第 二 部 分三维 重 建 出 来的 目 标物 STL 文 件 导 入 到 FreeFormModelingSystem--自由设计模型系统进行平滑和去除一些多余的部分和噪声，使目标

物更加光滑、真实 3仿真手术过程设计使用FreeFormModelingSystem--自由设计模型系统二次开发，利用系统附带的基础开发软件GHOST开发出虚拟切割的手术刀、缝针线、手术剪、止血钳等虚拟手术器械，然后利用系统的力反馈设备PHANTOM模拟手术器械对模型进行切割，建立仿真胆囊切除、胆总管切开取石手术环境和过程 4视频剪辑对上述仿真手术过程进行视频录像，去除多余动作，按照现实手术过程对仿真手术进行剪辑，制作出胆囊切除、胆总管切开取石术仿真手术视频材料并保存 4.研究个体化胆管结石胆囊切除、胆总管切开取石并左半肝切除仿真手术 1研究对象、腹部64排CT原始数据采集、图像分割和三维重建同第一部分 2光滑、除噪将第一部分三维重建出来的目标物STL文件导入到FreeFormModelingSystem-自由设计模型系统进行平滑和去除一些多余的部分和噪声，使目标物更加光滑、真实 3仿真手术过程设计使用FreeFormModelingSystem-自由设计模型系统二次开发，利用系统附带的基础开发软件GHOST开发出虚拟切割的手术刀、缝针线、手术剪、止血钳等虚拟手术器械，然后利用系统的力反馈设备PHANTOM模拟手术器械对模型进行切割，建立仿真胆囊切除、胆总管切开取石、左半肝切除手术环境和过程 4视频剪辑对上述仿真手术过程进行视频录像，去除多余动作，按照现实手术过程对仿真手术进行剪辑，制作出胆囊切除、胆总管切开取石、左半肝切除术仿真手术视频材料并保存 结果 1.数据采集的结果 1用于手工分割和三维重建的腹部64排螺旋CT薄层扫描数据集图像分为平扫期、动脉期、静脉期、门静脉期各获得457层CT扫描图像，数据共832MB，将分别用于进行图像的分割 2用于程序自动分割和三维重建的腹部64排螺旋CT薄层扫描数据集图像分为平扫期、动脉期、静脉期、门静脉期，各获得43l层CT扫描图像，数据共779MB，将分别用于进行图像的分割 2.三维重建的结果 1手工分割Mimics三维重建的结果重建的肝脏模型能真实反映肝脏的实际体积和肝脏的解剖标志，并且通过调节肝脏的透明度可同时显示肝脏和肝动脉、肝静脉、门静脉各分支腹主动脉、腹腔动脉干及其分支胃十二指肠动脉、双肾动脉、胃右、左动脉、肝固有动脉、脾动脉、肠系膜动脉胆道系统及其内的结石等结构重建的脏器和管道形态逼真，立体感强当肝脏透明度设置为0时，可以完全显示肝脏的肝内各种管道和腹腔的血管结构同时还能对模型放大、缩小和旋转等其他全方位观察的操作，通过节点的选择控制节点所属的管道树枝的透明度和颜色设定来单独或组合显示肝脏及其管道结构各部分肝内、外胆管结石的大致位置及个数清晰可见，肝内、外胆管的扩张及狭窄程度一目了然 2自主研发的软件程序自动分割和三维重建的结果三维重建器官重建的效果接近手工分割的效果，肝内、外胆管结石的大致位置、数目及肝内、外胆管的扩张及狭窄程度也清晰可见，同样能对模型放大、缩小和旋转等其他全方位观察的操作不足之处是非常细小的管道系统的分割没有手工分割精细，但是不影响仿真手术的效果，在实际手术中这些小的血管、胆管一般予以结扎不会影像手术质量和效果的 3.仿真手术的结果个体化肝外胆管结石胆囊切除、胆总管切开取石仿真手术和个体化肝内外胆管结石胆囊切除、胆总管切开取石并左半肝切除仿真手术 …… 此处隐藏：2475字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……