月骨血管三维可视化

张远华 黄潮桐

月骨血管三维可视化

张远华 黄潮桐

目的 建立月骨血管三维可视化模型。方法 采用新鲜成人手标本经灌注处理后, 通过CT扫描获得数据集, 利用Mimics软件重建月骨血管等。结果 建立了基于解剖结构的月骨及其血管的三维可视化模型, 各结构可单独、联合显示, 可任意旋转, 模型透视及多剖面显示。结论 采用三维可视化技术可构建理想的月骨血管模型, 可为相关疾病的影像诊断及手术治疗提供形态学依据。

月骨血管；三维重建；可视化

随着医学发展的需要,目前医学三维重建可视化研究得到了较多开展［1,2］, 在三维空间里研究人体内血管、神经的分布,已成为当今研究与应用中的热点, 当前医学三维重建可视化研究屡见报道, 但有关月骨血管三维重建数字模型国外的相关研究较少, 国内更是未见报道。月骨无菌性坏死是腕关节痛的主要病症之一。因病因不清、诊断发现晚,尚无确切满意的治疗方法,导致患者手的握力低下、腕关节剧痛和功能完全丧失、致残率极高。本课题基于CT图像应用Mimics软件对月骨血管进行三维重建及可视化研究,以期为月骨病变的影像诊断及手术的设计和手术方式的选择提供形态学依据。

1 材料与方法

1.1 建模环境 电脑配置：AMDAthlon64 3200+中央处理器、2G内存、24寸液体显示器、64M显存、ATI8550显卡、Windows XP/Professional操作系统。软件：医学3D图像生成、编辑处理软件Mimics13.01(Materialise公司, 比利时)、大型有限元分析软件Ansys13.0(Ansys公司, 美国)。

1.2 采集原始数据 选取新鲜健康成年人手标本1具, 标本X射线检查排除骨骼异常情况, 在常温下将自凝牙托材料［3］等配成的造影剂注入标本动脉中, 灌注后对标本进行防腐固定处理, 标本灌注后24 h进行CT扫描。采用64排螺旋CT(Philips/Brilliance 64, 飞利浦公司, 荷兰)连续扫描,扫描参数：电压120 kV, 电流250 mAs, 层厚0.4 mm, 共获取150层数据, 将其以Dicom格式保存, 存入光盘备用。

1.3 建立几何模型 以Mimics软件直接从所刻光盘内读取Dicom格式的CT断层图像, 经定位图像, 界定相应阈值, 调整灰度进行图像标识, 通过Marks窗口进行润色, 每层图像经边缘分割、选择性编辑等处理, 通过3D窗口进行构建重建月骨及其骨内外血供的三维有限元模型。

2 结果

本实验快捷地建立了形象逼真的月骨及其骨骼内外的血液供应的三维有限元模型, 骨骼、骨骼外血管及骨骼内血管可单独显示亦可联合显示, 可360°任意旋转, 模型透视及多剖面显示见图1、图2。

图1 月骨及其血供的联合显示

图2 月骨骨骼内外血供的单独显示

2.1 三维重建与可视化 三维可视化技术是运用计算机信息处理技术,将人体组织和血管图像构筑数字化,以构建三维的、可视的、可调控的、虚拟的人体血管形象, 即“可视化”。目前三维医学图像可视化的应用几乎涉及了人体的所有结构,它使信息技术和医学结合起来,并使走向成熟的三维重建图像处理技术以空前的速度普及［4］。近年,国内已成功应用血管造影术［5,6］结合CT扫描、X线摄影,运用交互式医学影像控制系统(Mimcs)或计算机3D-Doctor软件进行各器官组织血管三维重建, 获得不同角度的三维立体图像即血管“可视化”。

2.2 月骨三维可视化的意义 无论是断层标本的断面图像,还是CT、MRI的二维图像,均难以反映腕关节中月骨及其血管空间位置和毗邻关系,而对月骨及其血管的研究和三维重建, 将对临床月骨疾病的诊断和治疗有重要的参考价值。本实验采用放射造影术,运用Mimics三维可视化技术重建出清晰、逼真的月骨三维模型及骨骼内外动脉血管模型图像,并可根据需要进行多层组织共建,图像连续,立体的空间感强烈,可以从不同方向、角度对月骨血管可视化模型进行剖切,可以提供解剖细节的实时三维图像重建,月骨血管局部数字化可视模型可以提供三维立体视觉,便于显示复杂的空间结构,重建结构能够以多结构多彩色实体模型方式显示,也能单独显示、任意搭配显示或总体显示,所有结构均可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度, 或者以不同的速度连续旋转, 对于感兴趣的结构还可进行随意放大、缩小,或用透明技术显示内部结构的空间位置［7,8］。三维重建是手术模拟的基础,它可以帮助医生将二维的切片图像构建出立体的三维模型。随着该研究的进一步完善, 将可应用动态三维立体图像取代传统的医学二维图像,有助于对月骨血管解剖结构进行定量分析和动态模拟, 建立可供手术和手术前制定手术方案的虚拟环境,为临床医生进行术前手术设计和手术模拟,为临床设计出更好、更合理的手术方案,提供血管形态学依据和解剖学平台。在外科手术教学和仿真训练等方面,具有不可替代和令人鼓舞的应用前景［9,10］。应用三维虚拟动态模型进行解剖教学研究, 对这些三维虚拟图像能象实际物体一样查看、旋转和任意拆分,为课堂教学提供直观的模型。

3 存在的问题

本项技术是通过调整CT域值而实现,在调整域值时只能逐层显示CT值差别较大的组织之间的解剖关系,CT值在同一范围的解剖关系不易显示。同时对于周围神经和细小血管的分割还是一个世界性的难题［11］。如何不失真的标识细小血管, 尤其在密度值相差不大的情况下准确的获取目标图像, 将是我们亟待解决的问题。

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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 广州市番禺区南村医院骨科(张远华);广东医学院附属厚街医院显微外科中心(黄潮桐)