浅谈基于影像计算机辅助外科.ppt

浅谈基于影像的计算机辅助外科 姓名 刘冰川 学号 100803 班级 八班 指导教师 付淼 放飞梦想展现梦想 WELCOME 摘要 计算机辅助外科 肝脏三维成像 医学知识应用 Computerassistantsurgeon 计算机利用这些图像信息进行三维图像重建 为外科医生进行手术模拟 手术导航 手术定位 术前规划提供了客观 准确 直观 科学的手段 Medicalknowledgeexpressionandapplication 摘要及关键字 Liver3Dimaging 1 1模拟手术 1 2术前规划 1 3手术导航 2 1肝脏图像的分割 2 2肝脏图像的三维重建 2 3讨论 论文概况 第一章 第二章 手术模拟又称虚拟手术是利用各种医学影像数据 利用虚拟现实技术在计算机建立一个模拟环境 医生借助虚拟环境中的信息进行手术规划 训练 外科手术模拟需要了解更多的 有关各种器官和肌肉的性能与行为方面的知识 为了修补 移植或摘除某些组织和器官 外科医生必须与人体打交道 将空间跟踪定位装置固定在模拟手术刀或手术剪上 虚拟现实系统就可以件事和记录外科医生的位置和方向 通常操作步骤是 1 外科医生带着可以显示计算机生成的立体图像的头盔显示器 头盔上装有空间跟踪定位器 显示的图像始终跟踪着外科医生的视线 当外科医生用头盔显示器看着虚拟手术台上的三维仿真人体时 头盔可以显示病人的血压 心率或其他生理信息 2 外科医生带着数据手套 拿着虚拟手术刀 数据手套上也配备位置跟踪定位装置 一些类似的手术仪器可以提供手术或其他器械通过虚拟肌肉时的真实阻力 3 完成一次虚拟手术后外科医生还可以按一下复位按钮进行重复手术 如果虚拟病人还可以让他马上起死回生 以便外科医生从头开始 重复练习 积累经验 从而增加实际手术的成功率 4 将该病人的真实形象送入仿真系统 外科医生就可以对实际外科手术作出相应的规划 利用虚拟现实技术进行虚拟外科手术还可以为那些刚走上工作岗位的医生提供更多的机会去演练以前从未做过的手术 1 1模拟手术 1 2术前规划 在传统手术中 医生是在自己的大脑中进行术前的手术模拟 以确定手术方案 这是高效 准确 顺利地进行手术所必须的准备工作 然后根据其在医生大脑中形成的三维印象进行手术 但这种手术方案质量的高低往往依赖于医生个人的外科临床经验与技能 且整个手术班子的每位成员很难共享某一定制的手术方案人员在其大脑中形成的整个手术方案的构思信息 用计算机代替医生进行手术方案的三维构思比较客观 定量 且其信息可提供整个手术班子的每位成员共享 如果所设想的空间能与现实空间及位置能够正确地对应 在手术中就可随时一次作为参考 手术导航系统是用于神经外科 耳鼻喉科 矫形科等的微侵袭手术辅助设备 它包括医学图像工作站及一套与之相连的空间定位装置 使用中 首先由医学图像工作站获取病人的MR或CT扫描数据并构建任意方向的二维和三维图像 帮助医生更好地理解脑内结构关系 然后由高精度的空间定位系统将病人头部的实际位置扫描图像进行配准 手术导航系统的工作流程 1 MR或CT扫描 在病人头部不易动的部位贴上4个以上能实现MR成像或CT成像的标志点 然后进行MR或CT扫描 采用3D扫描序列 片厚1 2mm 无片间距 从头顶扫描至颅底之下 2 图像数据的获取 将MR或CT扫描图像写入光盘 然后拿到手术室 或者通过局部网直接将MR或CT图像从扫描室传到手术室的导航系统计算机 3 图像重建 导航系统的计算机将图像数据从光盘或硬盘读入内存 原始图像实际上时多层的断面图像 通过它重建矢状面及冠状面图像 另一方面 对图像的调整并分割 将头颅图像从背景中分割出来 并重建出头颅的三维图像 4 标志点注册及坐标变换 用引导棒点在病人头部的标志点上 同时在三维图像上找到相应的点并 注册 测得标志点的空间坐标及图像坐标 并注册4个以上的点 这样便可建立空间坐标与图像坐标的关系 5 术前手术计划及手术中实时引导 可进行病灶定位 观察手术路径 计算病灶深度 面积及体积等 1 3手术导航 具体做法是 分别将不同时期 及肝动脉期 门静脉期 肝静脉期的图像进行处理 将肝脏及其内部管道信息从原始扫描图像中提取出来 按照原顺序保存分割好的肝脏图像 不同时期的图像内既包含肝脏信息又包括该时期的管道信息 2 1肝脏图像的分割 2 2肝脏图像的三维重建 为了后续虚拟切割手术研究 使用MIMICS三维重建软件 利用肝脏实质及肝内管道灰度的不同 将肝脏实质及肝内管道分别提取出来 进行三维重建肝脏及内部管道 并将重建的模型输出为标准模板库格式 重建的三维肝脏及其内部管道结构表面 带有较多的毛边 肝脏表面有阶梯感 管道结构连续性好 但表面尚不光滑 甚至肝动脉带有许多三角形碎片 进行平滑和去除细节和噪声后 形态逼真 2 3讨论 该方法获得的肝动脉和门静脉的数据清晰 但肝静脉以及肝内胆管的显影问题仍需深入解决 尤其是肝内胆管显影 在正常状态下 胆管不显影或呈低密度影 为数据的采集带来很大困难 扫描技术是影响肝动脉 门静脉血管成像数据来源的重要因素 需要深入 长久的发展 王世伟 医学影像使用技术教