月骨血管三維可視化

張遠華 黃潮桐

月骨血管三維可視化

張遠華 黃潮桐

目的 建立月骨血管三維可視化模型。方法 采用新鮮成人手標本經灌注處理后, 通過CT掃描獲得數據集, 利用Mimics軟件重建月骨血管等。結果 建立了基于解剖結構的月骨及其血管的三維可視化模型, 各結構可單獨、聯合顯示, 可任意旋轉, 模型透視及多剖面顯示。結論 采用三維可視化技術可構建理想的月骨血管模型, 可為相關疾病的影像診斷及手術治療提供形態學依據。

月骨血管；三維重建；可視化

隨著醫學發展的需要,目前醫學三維重建可視化研究得到了較多開展［1,2］, 在三維空間里研究人體內血管、神經的分布,已成為當今研究與應用中的熱點, 當前醫學三維重建可視化研究屢見報道, 但有關月骨血管三維重建數字模型國外的相關研究較少, 國內更是未見報道。月骨無菌性壞死是腕關節痛的主要病癥之一。因病因不清、診斷發現晚,尚無確切滿意的治療方法,導致患者手的握力低下、腕關節劇痛和功能完全喪失、致殘率極高。本課題基于CT圖像應用Mimics軟件對月骨血管進行三維重建及可視化研究,以期為月骨病變的影像診斷及手術的設計和手術方式的選擇提供形態學依據。

1 材料與方法

1.1 建模環境 電腦配置：AMDAthlon64 3200+中央處理器、2G內存、24寸液體顯示器、64M顯存、ATI8550顯卡、Windows XP/Professional操作系統。軟件：醫學3D圖像生成、編輯處理軟件Mimics13.01(Materialise公司, 比利時)、大型有限元分析軟件Ansys13.0(Ansys公司, 美國)。

1.2 采集原始數據 選取新鮮健康成年人手標本1具, 標本X射線檢查排除骨骼異常情況, 在常溫下將自凝牙托材料［3］等配成的造影劑注入標本動脈中, 灌注后對標本進行防腐固定處理, 標本灌注后24 h進行CT掃描。采用64排螺旋CT(Philips/Brilliance 64, 飛利浦公司, 荷蘭)連續掃描,掃描參數：電壓120 kV, 電流250 mAs, 層厚0.4 mm, 共獲取150層數據, 將其以Dicom格式保存, 存入光盤備用。

1.3 建立幾何模型 以Mimics軟件直接從所刻光盤內讀取Dicom格式的CT斷層圖像, 經定位圖像, 界定相應閾值, 調整灰度進行圖像標識, 通過Marks窗口進行潤色, 每層圖像經邊緣分割、選擇性編輯等處理, 通過3D窗口進行構建重建月骨及其骨內外血供的三維有限元模型。

2 結果

本實驗快捷地建立了形象逼真的月骨及其骨骼內外的血液供應的三維有限元模型, 骨骼、骨骼外血管及骨骼內血管可單獨顯示亦可聯合顯示, 可360°任意旋轉, 模型透視及多剖面顯示見圖1、圖2。

圖1 月骨及其血供的聯合顯示

圖2 月骨骨骼內外血供的單獨顯示

2.1 三維重建與可視化 三維可視化技術是運用計算機信息處理技術,將人體組織和血管圖像構筑數字化,以構建三維的、可視的、可調控的、虛擬的人體血管形象, 即“可視化”。目前三維醫學圖像可視化的應用幾乎涉及了人體的所有結構,它使信息技術和醫學結合起來,并使走向成熟的三維重建圖像處理技術以空前的速度普及［4］。近年,國內已成功應用血管造影術［5,6］結合CT掃描、X線攝影,運用交互式醫學影像控制系統(Mimcs)或計算機3D-Doctor軟件進行各器官組織血管三維重建, 獲得不同角度的三維立體圖像即血管“可視化”。

2.2 月骨三維可視化的意義 無論是斷層標本的斷面圖像,還是CT、MRI的二維圖像,均難以反映腕關節中月骨及其血管空間位置和毗鄰關系,而對月骨及其血管的研究和三維重建, 將對臨床月骨疾病的診斷和治療有重要的參考價值。本實驗采用放射造影術,運用Mimics三維可視化技術重建出清晰、逼真的月骨三維模型及骨骼內外動脈血管模型圖像,并可根據需要進行多層組織共建,圖像連續,立體的空間感強烈,可以從不同方向、角度對月骨血管可視化模型進行剖切,可以提供解剖細節的實時三維圖像重建,月骨血管局部數字化可視模型可以提供三維立體視覺,便于顯示復雜的空間結構,重建結構能夠以多結構多彩色實體模型方式顯示,也能單獨顯示、任意搭配顯示或總體顯示,所有結構均可在三維空間位置上繞任意軸旋轉任意角度, 或者以不同的速度連續旋轉, 對于感興趣的結構還可進行隨意放大、縮小,或用透明技術顯示內部結構的空間位置［7,8］。三維重建是手術模擬的基礎,它可以幫助醫生將二維的切片圖像構建出立體的三維模型。隨著該研究的進一步完善, 將可應用動態三維立體圖像取代傳統的醫學二維圖像,有助于對月骨血管解剖結構進行定量分析和動態模擬, 建立可供手術和手術前制定手術方案的虛擬環境,為臨床醫生進行術前手術設計和手術模擬,為臨床設計出更好、更合理的手術方案,提供血管形態學依據和解剖學平臺。在外科手術教學和仿真訓練等方面,具有不可替代和令人鼓舞的應用前景［9,10］。應用三維虛擬動態模型進行解剖教學研究, 對這些三維虛擬圖像能象實際物體一樣查看、旋轉和任意拆分,為課堂教學提供直觀的模型。

3 存在的問題

本項技術是通過調整CT域值而實現,在調整域值時只能逐層顯示CT值差別較大的組織之間的解剖關系,CT值在同一范圍的解剖關系不易顯示。同時對于周圍神經和細小血管的分割還是一個世界性的難題［11］。如何不失真的標識細小血管, 尤其在密度值相差不大的情況下準確的獲取目標圖像, 將是我們亟待解決的問題。

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Three-dimensional visualization of lunate vascular

ZHANG Yuan-hua, HUANG Chao-tong. Department of Orthopaedics, Nancun Hosital in Panyu District, Guangzhou 511442, China

Objective To build three-dimensional visible model of lunate vascular.Methods With the datum from CT-scan of the specimen of hand, The three-dimensional visible model of lunate vascular was constructed by Mimics software.Results The three-dimensional visible model of lunate vascular was established and main anatomical structures were exactly showed.Each structure was displayed by the multiform solitude or combination.Conclusion An ideal model of the lunate vascular can be established with three-dimensional visualization technology, it will provide morphological data for imaging diagnosis and operation of relevant diseases.

Lunate vascular；Three-dimensional reconstruction ；Visible

511442 廣州市番禺區南村醫院骨科(張遠華);廣東醫學院附屬厚街醫院顯微外科中心(黃潮桐)