乳腺占位超声3D打印及混合现实技术的临床应用研究

发布时间：2020-05-19 16:15

【摘要】：研究目的:1)以全自动乳腺容积成像(automatedbreastvolumescanner,ABVS)技术为研究基础,结合三维重建技术,实现乳腺超声三维全景立体重建及3D打印,为精确术前设计方案,简化术前医患沟通提供技术准备;2)根据乳腺超声三维重建、乳腺核磁共振三维重建及乳腺术后病理三者计算乳腺占位病变组织容积的结果研究乳腺超声计算病变组织容积的符合率;3)在乳腺超声三维重建技术基础上,结合混合现实技术(Mix Reality MR),将实时共享的全息图像引入乳腺占位手术,“透视”病变位置、范围,精确手术治疗。研究方法:1)获取ABVS乳腺容积成像单侧乳腺全景(包含患者一侧整体乳腺及占位病灶)超声影像;读取乳腺全容积成像系统获取的超声影像格式进行人工分割组织结构、占位等,进行三维影像重建;读取三维重建后的信息,采用全透明塑制材料及染色材料进行乳腺全景(包含患者一侧整体乳腺及占位病灶)3D打印。2)收集我院行乳腺肿瘤切除手术的64个乳腺占位(其中15例良性病灶,49例恶性病灶),术前分别进行乳腺核磁检查及本课题设计的乳腺超声检查:①重建超声及核磁的乳腺肿瘤三维模型,生成三维经线x、y、z轴值,术后病理作为金标准进行对照,手术时间与各检查间隔时间均小于7天,显著性水平设定为95%。②检查中,两种体位重力变化最大的方向为测量方向,测量该方向上肿瘤测值变化与其他垂直方向的差异,分析体位对乳腺肿瘤测值的影响。③分别计算核磁与超声重建的乳腺肿瘤中点与该侧乳头垂直距离,评价检查体位对肿瘤空间位置的影响;3)在解放军总医院乳腺外科就诊且符合入选标准的乳腺肿瘤手术患者,乳腺术中虚实空间注册:通过调整模型的平移、旋转和缩放,将重建的三维模型叠加到真实的人体皮肤上;通过改变模型(肿瘤、皮肤、血管)的透明度对模型进行调整,以实现最安全、最直观的手术导航。研究结果:1)ABVS+密闭可调节水槽实现:边缘完全显影,单侧乳房结构完整三维成像;探头不需要与乳房接触,减少乳房形变;组织边界显示清晰,保证人工分割组织的准确性。乳腺3D打印实物图实现1:1比例打印实物;采用透明结构便于患者理解,简化医患沟通;可视化标尺,准确测量显示肿瘤位置。2)①乳腺肿瘤大小与病理比较,X轴:US(r=0.87,p0.0001),MRI(r=0.86,p0.0001);Y轴:US(r=0.88,p0.0001),MRI(r=0.79,p0.0001);Z轴:US(r=0.88,p0.0001),MRI(r=0.86,p0.0001),US、MRI与病理均有较高相关性(P0.001)。②根据重力改变设定测量乳腺肿瘤方向,重力改变最大的方向与其他两个垂直方向对比,重力改变最大方向,两者测值差异最大。③乳腺肿瘤中点距离乳头与皮肤连接平面的垂直距离,乳腺核磁共振/乳腺超声2.5,有显著性差异(P0.05)。3)基于设计乳腺标记点、点匹配注册方法,建立定位及影像坐标系统之间的映射关系,建立实现乳腺分割影像图像与乳腺术中解剖图像的透明度虚实融合呈现。采用混合现实显示技术将乳腺肿瘤的三维模型融于乳腺术中视野中,为医生提供虚实融合的视觉引导和可视化导航。研究结论:1)基于乳腺核磁共振为影像基础的3D打印技术在国内外均已实现,但由于乳腺核磁共振检查体位上与手术实际体位的差异,本研究实现了超声影像基础上的单侧乳腺整体三维重建及3D 打印技术,这将为简化临床医生术前医患沟通、帮助患者具体准确了解病变情况以及理性选择合理化术士等方面提供新方法;2)我们利用乳腺超声三维重建一种全新的方法,实现乳腺腺体与肿瘤的精准分割,为临床医生提供可靠地术前肿瘤形态、大小及位置等三维影像直观信息,对医生精确手术规划、高效医患沟通以及术中导航提供了全新模式;3)实现乳腺超声三维重建技术与混合现实技术的结合,为医生提供“准确、直观、无创、快速、多角度实时”的可视化导航,将使未来乳腺外科更加精确、安全、高效。
【图文】：

滑杆,升降调节,上框架,支撑板

图１结构示意图；逡逑１．架体，２．密封槽，３？滑杆，４．上框架，５．下框架，６．螺栓，７．升降调节板，８．滑杆支撑板，逡逑９．调节丝杆，丨０．固定螺丝逡逑１９逡逑

升降调节,上框架,滑杆,密封槽

图２俯视图逡逑１．架体，，２．密封槽，３．滑杆，４．上框架，５．下框架，６．螺栓，７．升降调节板，８．滑杆支撑板，逡逑９．调节丝杆，１０．固定螺丝逡逑
【学位授予单位】：中国人民解放军医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R445.1;R737.9

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