肝脏三维可视化模型和虚拟肝段模型的建立及其在超声中的应用研究

发布时间：2020-07-18 11:14

【摘要】： 背景 肝脏是人体内体积最大、具有重要生理功能的脏器。肝脏管道系统的肝静脉系、门静脉系及肝后段下腔静脉的解剖结构交错重叠、相互关系复杂。肝脏超声最大的特点是能够显示任意方位的断面解剖结构,但同时多方位扫查又可以产生大量不规则的斜切面,而这些斜切面上肝内管道细微解剖结构的识别是肝脏超声影像学中的难点,而且随着超声影像学的分辨率不断提高,对于肝脏解剖的显示更加精细,需要与之对应的薄层断面解剖加以精细对照。现代外科学的发展已经广泛开展肝段、亚肝段甚至楔形切除及部分肝组织移植,这就要求影像学诊断能够精确到肝段,但是由于超声扫查方位和切面的任意性,使得在超声切面上进行肝段划分的研究受到了限制,而且在单一超声切面上只能显示部分肝脏及其肝内管道的二维断面,缺乏空间三维显示,不利于超声影像学对肝脏病变进行准确定位。我国的医学虚拟可视化研究已经起步并发展迅速,在中国可视化人体数据集的基础上建立和开发具有黄种人特点的各种虚拟现实医学系统对我国医学的教学、临床诊断(包括超声医学)和外科手术将具有非常重大的价值。 目的 建立高质量的国人肝脏三维可视化模型和虚拟肝段模型,将其与肝脏超声相结合,为肝脏超声提供任意方位的薄层断面解剖学基础,同时为超声影像学的肝脏分段提供二维和三维的可视化解剖学基础。探讨虚拟肝段模型在辅助超声对肝占位性病变进行定位诊断中的临床价值。设计虚拟肝脏超声成像系统的软件,为肝脏解剖教学、肝脏疾病的超声影像诊断提供二维和三维的立体学习平台。 方法 1.选取首套中国可视化人体数据集的肝脏连续断面部分,运用体数据绘制与表面绘制的重建方法,在Amira 4.1三维可视化软件上建立肝脏三维可视化模型,依据Couinaud肝段划分法,进一步建立虚拟肝段模型。采集正常人群肝脏超声的二维图像,建立正常人群肝脏超声的数据库。 2.在肝脏三维可视化模型和虚拟肝段模型上,模拟超声常用扫查方位进行虚拟切割,与相应的超声图像进行解剖及肝脏分段的对照研究,指导超声图像上细微解剖结构的识别和肝段的精确划分。 3.选择2007年11月到2009年1月期间我院收治的单个病变占据≤2个肝段、单个病灶直径≤9cm的局灶性肝占位病变患者100例,其中良性肝占位病变17例,恶性肝占位病变83例。术前进行了超声作为首选的影像检查,对比增强CT检查在超声检查之后,并最终接受了外科肝切除术。在虚拟肝段模型上模拟相应的超声方位,确定患者肝占位病变的肝段位置,并依据Couinaud肝段划分法记录肝段。以术中肝内病灶的定位诊断为标准,比较超声、对比增强CT、虚拟肝段模型辅助超声术前定位诊断的准确率。 4.选取正常人群肝脏和肝内占位性病变患者肝脏的超声图像各六组,在肝脏三维可视化模型和虚拟肝段模型上模拟相应超声方位,获得可视化断面图像和可视化肝裂图像。应用Photoshop CS2 9.0软件,将每组可视化图像与超声图像中的肝内外解剖结构和肝内各个肝段分割出来,并对每组图像上的肝裂及其名称进行标注,建立图层来存储分割图像,以PNG格式保存。 结果 1.应用Amira软件建立的肝脏三维可视化模型能够清晰显示肝脏的形态结构及肝内管道系统的三维走行分布,可进行任意方位的实时虚拟切割,同时清晰地显示出各个切割方位肝脏断面的精细解剖结构。在虚拟肝段模型上应用软件的crop editor功能,能清晰显示出叶间裂及段间裂在任意切面中的位置,从而可以确定任意切面上各个肝段。 2.本研究建立的三维可视化肝脏模型能模拟超声常用扫查方位进行虚拟切割,并与相应的超声切面形成良好的解剖对照,解决了肝脏超声由于大量的斜切面而难以与断面解剖学进行对照研究的困难。通过与虚拟肝段模型上可视化肝裂图像的对照研究,确定了相应超声图像上各个叶间裂及段间裂,实现了超声图像上肝段的精确划分。 3.在100例患者中共确诊了112个病灶占据148个肝段,其中74个病灶位于1个肝段,38个病灶位于2个肝段,单个病灶直径范围为0.80~9.10 cm,其中直径≤3cm的病灶43个,直径3cm的病灶69个。统计学分析表明:超声和虚拟肝段模型对肝内占位性病变进行肝段定位诊断准确率的差异有统计学意义(P0.05)。对比增强CT和虚拟肝段模型之间的差异无统计学意义(P0.05)。超声和虚拟肝段模型对位于单个肝段和直径≤3cm的肝占位性病变定位诊断准确率的差异有统计学意义(P0.01),对位于两个肝段和直径3cm的肝占位性病变定位诊断准确率的差异无统计学意义(P0.05)。 4.设计并完成了虚拟肝脏超声成像软件,通过该软件,可以更直观地掌握超声常用切面的肝内解剖、肝裂和肝段划分知识,还可以了解虚拟肝段模型辅助超声对肝内占位性病变进行准确的定位诊断的过程。 结论 1.肝脏三维可视化模型为肝脏超声影像学提供了任意方位的断面解剖学基础。 2.虚拟肝段模型为肝脏超声的肝段划分提供了精确的二维和三维解剖学基础。 3.虚拟肝段模型能提高超声对占据单个肝段及直径≤3cm的肝占位性病变的定位准确率,尤其能提高超声对位于乏血管区域肝内占位性病灶进行准确定位诊断的能力。 4.虚拟肝脏超声成像软件为肝脏解剖教学、肝脏疾病的超声影像诊断提供了二维和三维的立体学习平台,有利于超声医学的推广普及以及提高肝脏疾病诊断的准确性。
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R445.1
【图文】：

图 1-01-a 带彩色背景分割RGB 图像图 1-01-b 去彩色背景分割RGB 图像图 1-01-c 重新设置灰度值图像图 1-01 肝内管道分割后转灰度图像图 1-02-a 肝脏及肝内管道三维重建(前面观) 图 1-02-b 肝脏及肝内管道三维重建(后面观)图 1-02 肝脏及肝内管道三维重建

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