胸部三维数字化建模的基础与临床初步应用研究

发布时间：2018-06-13 20:29

本文选题：三维重建 + Mimics　；参考：《中国人民解放军医学院》2016年博士论文

【摘要】：目的：1、研究在个人计算机(PC)上应用三维重建技术快速、准确地构建人体胸部数字化模型的方法。2、研究在数字化建模的基础上精确构建人体胸部有限元模型的方法。3、研究个体化肺癌模型的构建方法,并探索肺肿瘤及相关脉管系统的三维重建以及虚拟手术在肺外科中的临床应用价值。4、在肺癌数字化建模的基础上进行个体化3D打印研究,并初步探讨其在外科辅助中的可行性。方法：1、选择1名健康的中年男性志愿者作为建模对象,通过薄层胸部CT连续扫描得到DICOM格式的全部图像数据。将CT图像导入Mimics 18.0软件,进行图像分割、三维模型计算,在PC机上快速构建胸部整体的三维数字可视化模型。2、将第一部分Mimics18.0软件中构建的胸部三维几何面网格模型直接导入到3-matic软件中,进行面网格优化和体网格划分,接着将体网格模型再次导入到Mimics18.0软件中,根据图像CT值进行精确的材质分配,最后导入到Ansys14.5软件后生成人体胸部的三维有限元模型。3、利用肺癌患者的胸部CT扫描数据,在Mimics软件中使用半自动化的分割方法对肺肿瘤进行图像分割,建立个体化的肺癌模型。利用相应的软件工具在模型上进行虚拟手术操作并探讨其临床应用价值。4、选取6例肺癌数字模型,以STL文件格式输入到3D打印机,应用3D打印技术制作成个体化的肺癌实体模型,并基于模型进行术前规划和术中实时指导。结果：1、在PC机上成功构建了胸部皮肤、骨骼、肺、气管支气管树和肺血管的整体三维数字可视化模型,模型清晰度高、立体感强,真实反应了人体胸部复杂的解剖结构。模型可编辑性强,能输出多种三维软件通用格式,可用于计算机辅助设计、医学有限元分析等后续研究。2、Mimics软件根据不同组织的灰度值对模型进行准确、高效的材质分配,成功建立了外形逼真、结构准确的人体胸部有限元模型。模型包括胸部皮肤、骨骼、各肺叶、肺动脉、肺静脉和气管支气管树,为有限元分析提供了精准的模型支持。3、成功构建了肺癌个体化的三维数字化模型,模型几何相似性高、立体感强,真实地反应了肺癌的形态特点及其毗邻结构的空间关系。通过对模型进行移动、分离、组合、显隐等操作,可以进行多角度观察、测量。基于肺癌模型进行术前规划以及虚拟手术操作可以缩短手术时间。4、我们利用3D打印技术得到了个体化的肺癌实体模型,准确地反映了病变部位特点及其相关解剖关系。基于实体模型可以进行术前规划、实时指导手术进行,在·临床上具有可行性。结论：本研究利用Mimics软件在个人计算机上快速、准确地构建了人体胸部的三维数字可视化模型,在此基础上建立了精确的胸部有限元模型和肺癌数字化模型,进一步利用3D打印技术得到了外形更加直观的肺癌实体模型。本研究实现了由二维到三维、由平面到立体、由静态到动态、由虚拟到实体的转化,在科研、教学和手术辅助上具有重要的现实意义。该研究所使用的软件界面友好、可编辑性强,在普通配置的电脑上即可运行,没有理工科背景的胸外科医生也可以通过自学完成建模等相关工作,节省了大笔建模费用,具有良好的经济效益,也为辅助一些高难度手术打下基础,在临床上具有推广潜力。
[Abstract]:Objective : 1 . To study the method of 3D reconstruction of human breast by using three - dimensional reconstruction technique on personal computer ( PC ) . A three - dimensional digital visualization model of lung cancer is established by means of 3D printing technique .
【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】：2016
【分类号】：R816.4

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