腹部外科断层影像数据三维可视化分析平台的建立

摘要

研究背景:
　　腹部恶性肿瘤的术前规划中,常因肿瘤及肿大融合淋巴结对大血管存在侵犯或包绕,术区情况无法进行准确分析和判断而放弃手术;或因冒险手术却发现肿瘤无法切除,使患者承受了创伤却无法受益。尽管目前多层螺旋CT增强扫描可提供高分辨率的腹部横轴位薄层二维图像,也可由放射科技师进行三维重建。然而该项目需外科医师特别申请,无论从时间、工作效率还是重建质量上都不一定满足术者临床需求。术者本人面对的依然只有二维数据,往往无法随意变换角度观察,或随时根据本学科专业知识在三维图像上直接进行任意层面的定性、定量分析,因此不利于术前精准评估。此外,现有血管三维容积成像基于特定窗宽和窗位下原始数据的灰度值,未经过任何分割过程,导致三维空间中无法全面显示术区信息。由于各部分相互遮挡,二维图像中很多对手术规划有价值的信息也无法集中体现。腹部磁共振扫描虽可显示大血管及肿瘤等软组织结构并在弥散加权等序列中提供高价值的淋巴结转移信息,但存在图像分辨率低、单一序列图像数量少、检查时间过长等缺陷。现有可供肝胆外科医师专用的三维可视化软件,但应用范围狭窄,难以对全腹腔脏器进行精准评估。另外,尽管有人应用类似软件针对肿瘤侵犯胰周血管的三维可视化特征进行了研究,然而原发性腹膜后恶性肿瘤及进展期胃肠道癌侵犯血管的三维可视化尚未见诸报道。
　　研究目的:
　　建立可直接对临床二维影像数据进行解析、分割和三维重建的软件平台,并利用该平台由外科医师根据手术要求自主对原发性腹膜后肿瘤和进展期胃肠道恶性肿瘤的大血管及其受累情况进行三维可视化分析。探讨该方法在腹部恶性肿瘤术前规划中的应用价值,为后续开发外科医师专用的腹部肿瘤数字化术前精准评估解决方案奠定基础。
　　研究方法:
　　1.与软件工程师就外科医师专用的三维可视化术前评估系统提出临床需求。
　　2.确定可获取数据的压缩格式及算法,利用通用代码库对DICOM数据进行解压。
　　3.利用不同分割算法对腹部动脉进行自动分割,以选择最佳分割算法。同时实现对分割结果的手动修改。
　　4.将二维图像分割结果用适当的可视化算法进行处理,获得腹部大动脉三维可视化图像。
　　5.在腹部大动脉三维可视化图像用 VTK-Widgets方法直接进行三维测量,获得相关动脉的直径、起始部位、角度等定量数据。
　　6.收集原发性腹膜后肿瘤患者和进展期胃癌术前腹部薄层增强扫描CT的DICOM数据,通过以上流程对数据进行分割、三维可视化及简单测量与标记,同时向工程师反馈软件功能使用情况并进行相关改进。
　　7.通过与传统影像资料进行对比,评价相关大动脉在三维可视化图像上标记的准确性及其术前规划价值。
　　研究结果:
　　1.外科医师利用本课题建立的三维可视化分析平台可直接对临床能获取到的断层影像数据进行解析、自动分割和三维可视化处理,并支持外科医师随时进行不同角度观察、测量及标记等功能。
　　2.腹部大血管单独使用自动分割算法分割效果并不理想,需结合手动分割。然而这在很大程度上依赖于医师的阅片能力,目前尚需要相当量的手工。
　　3.本研究所建立的三维可视化平台目前虽可在三维空间集中标记腹部恶性肿瘤大动脉的受累区域,然而由于静脉系统大多强化不明显,尚不能够精确分割。
　　研究结论:利用本研究中的软件平台可初步满足外科医师随时从三维空间的不同角度对腹部恶性肿瘤患者的大血管(动脉)进行观察,及基于本学科专业知识的基础上对受侵血管进行任意层面定性和定量分析的需求。

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缩略词表

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前言

参考文献

第一章 三维可视化分析软件的临床需求及技术原理

第一节 三维可视化分析软件的临床需求

第二节 三维可视化分析软件的技术原理

第二章 腹部血管三维可视化分析的实现

第一节 压缩DICOM数据的解析

第二节 腹部大血管的分割

第三节 根据分割结果的三维可视化

第四节 三维交互功能的实现

第五节 结果

第三章 肿瘤相关大血管三维可视化与交互分析

第一节 实验材料

第二节 实验方法

第三节 实验结果

第四章 结论

参考文献

文献综述

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