基本信息
- 项目名称：
- 医学图像处理系统在肝脏肿瘤诊治中的应用研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品采用个体化的肝胆外科疾病患者64排螺旋CT薄层扫描图像数据,导入医学图像处理系统（Medical Imaging Processing System, MIPS）进行自动分割,三维重建,生动而真实地反映患者肝脏及肝内管道系统的解剖信息，明确肿瘤与肝内管道之间的解剖关系，MIPS三维重建的特征性解剖及分支走向与MSCTA显示的相一致,为临床提供了更为直观、可靠的信息。 将MIPS三维重建模型导入自主研发,具有形象及力反馈手术器械的仿真手术系统，进行肝脏解剖数字化分析,肝脏数字化分段，手术前规划及术中三维实时辅助，术中根据肝脏解剖数字化分析的结果并结合术中所见，进行手术。通过术中所见,评价仿真手术的真实性及临床应用价值。
- 详细介绍：
- 本作品采用个体化70名行多层CT血管造影（MSCTA） 肝胆外科疾病患者及10例正常人的CT 扫描数据导入医学图像处理系统（Medical Imaging Processing System, MIPS）进行自动分割,三维重建,生动而真实地反映患者肝脏及肝内管道系统的解剖信息，明确肿瘤与肝内管道之间的解剖关系，MIPS三维重建的特征性解剖及分支走向与MSCTA显示的相一致,为临床提供了更为直观、可靠的信息。 将MIPS三维重建模型导入自主研发,具有形象及力反馈手术器械的仿真手术系统，进行肝脏解剖数字化分析,肝脏数字化分段，手术前规划及术中三维实时辅助，术中根据肝脏解剖数字化分析的结果并结合术中所见，进行手术。通过术中所见,评价仿真手术的真实性及临床应用价值。 医学图像三维重建可视化仿真手术系统对肝脏肿瘤进行精准的定位诊断,手术前规划,评估以选择最佳手术路径,并测量肝脏切除率，这对减少术中出血及降低术后肝功能衰竭的风险性等具有十分重要的意义。 国内外部分研究机构也开发了三维重建或仿真手术系统，但用于临床腹部外科较少见。经过国内外相关文献检索对比,目前，该研究的医学图像三维重建可视化仿真手术系统处于国内领先，国际先进的水平。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的:研究自主研发的医学图像处理系统在肝脏肿瘤诊治中的应用 基本思路:本作品采用个体化的肝胆外科疾病患者64排螺旋CT薄层扫描图像数据导入医学图像处理系统，进行三维重建及肝脏解剖数字化分析。将三维重建模型导入自主研发的仿真手术系统，对肝脏进行数字化分段，术前规划及术中三维实时辅助，术中根据肝脏解剖数字化分析的结果并结合术中所见，指导手术。通过术中所见，评价仿真手术的真实性及临床应用价值。
科学性、先进性及独特之处
- 1.数据来源于活人体的64排螺旋CT亚毫米薄层扫描图像。突破了中国活人体数据研究的瓶颈，并提供了有效的数据获取手段。 2.三维重建实现了肝脏的数字化分段以准确定位个体化肝脏病灶，直观显示了肝脏肿瘤的血供类型及其与周围管道系统的空间结构立体关系。 3.仿真手术可进行肝脏解剖数字化分析,肝脏数字化分段，术前使用仿真器械进行任意的仿真手术切割及仿真手术方案的预演设计，肝脏体积的测量和切除率计算。
应用价值和现实意义
- 1.它对肿瘤的可切性评估，缩短术中决策时间，减少手术出血，降低术后肝功能衰竭的风险性具有十分重要临床的意义。 2.外科医师可在电脑上进行仿真手术演示，将深奥的医学专业知识转化成直观、易懂的演练手术过程，促进医患沟通，大大改善医患关系，减少医患纠纷。 3.可为广大医科院校提供教学硬件设施，学生可有更多机会实践，从而提高手术教学和训练质量，节省医疗资源，在医学院校有着较大的潜在经济效益。
学术论文摘要
- 目的：研究自主研发的医学图像处理系统在肝脏肿瘤临床的应用。 方法：将70名行多层CT血管造影（MSCTA）肝胆外科疾病患者及10例正常人的CT 扫描数据导入自主研发的医学图像处理系统（MIPS），进行三维重建及肝脏解剖数字化分析。将三维重建模型导入自主研发的仿真手术系统，对肝脏进行数字化分段，术前规划及术中三维实时辅助，术中根据肝脏解剖数字化分析的结果并结合术中所见，进行手术。通过术中所见，评价仿真手术的真实性及价值性。 结果：MIPS显示动脉的起源、肝静脉的汇合、门静脉的分支及管道变异与MSCTA基本相符。实现了肝脏的数字化分段。对24例可切除肿瘤患者，成功准确仿真不规则肝切除术14例，经前路完全血流阻断肝切除2例，左半肝切除术3例，右半肝切除术1例，肝血管瘤剥除术2例，精准性肝切除术1例，肝不规则切除联合肝血管瘤剥除术1例。对10例手术切除的肝癌患者术前仿真经肝动脉置泵术。 结论：MIPS重建模型能真实反映患者肝脏及肝内管道系统的解剖信息，明确肿瘤与肝内管道之间的解剖关系。仿真手术可缩短手术决策的时间、减少手术的创伤及手中出血。
获奖情况
鉴定结果
参考文献
- 64排螺旋CT亚毫米薄层扫描，多层CT血管造影（MSCTA），三维重建，仿真手术,极量肝切除
同类课题研究水平概述
- 国外在此领域研究较为完善的有： 新加坡DextroScope系统，但该系统仅用于三维重建，术前规划，且三维重建为手工分割，数据来源于离题数据，实际应用有限。目前主要在神经外科及骨科仿真手术方面研究，在肝胆外科的应用则更为少见。 比利时Materialise公司的MIMICS，其操作过程复杂，对于CT灰度值相差不大的组织器官，如胆道、胰腺等器官，三维重建效果不理想。 美国宾州大学放射系医学图像处理小组开发的3DVIEWNIX 系统，它是国际上相当知名的一个系统，具有医学图像预处理、二维和三维可视化、图像分析等功能。该系统应用范围受到限制，其版本更新也比较慢。 国内的有中科院的3D MED系统，但该系统缺乏力反馈的效应，仿真环境简单，未开发出手术器械，且操作过程复杂，临床外科医师必须具备扎实的计算机能力，才能操作3DMED系统。 上海交通大学国家数字化制造技术中心研制了一种多功能虚拟手术器械，可实现手术刀、手术剪、手术钳等操作，同时具有力反馈效应。但该系统的力反馈设备结构繁杂，没有三维重建的功能，使得重建模型与仿真手术系统脱节。 此外，美国Kitware 公司开发VolView系统，美国Able Software 公司的3D Doctor，麻省理工学院的3D Slicer，德国VG 公司的VGStudio MAX系统，复旦大学医学的MedVol软件等，主要是一类二维图像的处理，加以三维重建及分析功能，但都不是专门针对腹部外科的医学图像处理及虚拟手术系统，也没有提供仿真环境。 尽管目前对于三维重建及仿真系统的研究取得了可喜的成绩，但结合临床的实际情况，总体上存在以下问题：①目前国内外三维重建软件主要在神经外科、骨科、颅面外科应用较为广泛，但在腹部外科应用较少见；②国外大部分三维重建软件操作过程复杂，临床外科医师必须具备扎实的计算机能力，才能掌握其使用方法，不便于推广，而国内大部分三维重建软件功能又十分简单，无法保证重建质量；③国外大部分研究机构仅开发三维重建软件，而在仿真手术系统开发较少，或者仿真手术系统操作简单，且很少机构专门开发出手术器械，更缺乏力反馈的感觉；④部分三维软件不具备光滑、去噪等功能，重建质量不理想。⑤对于基于尸体数据集的三维重建，获取原始数据和分割过程繁琐，脏器和管道塌陷，即使灌注，所获数据仍难免失真，临床应用价值有限。
