經(jīng)食道超聲心動圖仿真輔助診斷系統(tǒng)的研制及臨床應(yīng)用.pdf

1、背景
　　 經(jīng)食道超聲心動圖(TEE)是指將超聲探頭置于食道內(nèi)，從心臟、血管后部探測心臟、血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能改變的一種超聲顯像方法。其掃描方式歷經(jīng)單平面，雙平面和多平面掃描的改變。目前，多平面TEE已被廣泛應(yīng)用于各種心臟疾病的診斷及開胸手術(shù)和介入性手術(shù)的監(jiān)控。但是由于多平面TEE每一個深度可獲得最多180個切面，過多且復(fù)雜的切面由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及與其相對應(yīng)的薄層斷面解剖學(xué)資料加以規(guī)范，嚴(yán)重影響了TEE的推廣和普及。此外，T

2、EE操作的復(fù)雜性和圖像的多樣性也影響臨床診斷準(zhǔn)確率。因此，急需一種與TEE相適應(yīng)的虛擬仿真系統(tǒng)來培訓(xùn)醫(yī)師和輔助臨床診斷。近年來，醫(yī)學(xué)虛擬系統(tǒng)不斷發(fā)展，它是在是在人體斷層解剖數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)創(chuàng)造醫(yī)學(xué)虛擬環(huán)境，模擬醫(yī)學(xué)操作的虛擬仿真系統(tǒng)。具有真實的二維和三維解剖學(xué)信息，能為臨床醫(yī)學(xué)(影像學(xué)、外科學(xué)等)提供仿真的應(yīng)用環(huán)境和平臺。因此，本研究在中國可視化人體數(shù)據(jù)集及心臟雙源CTA數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)食道超聲心動圖仿真輔助

3、診斷系統(tǒng)的研制。旨在較好貼近學(xué)科前沿，克服TEE檢查局限，輔助臨床醫(yī)師診斷，為TEE醫(yī)師和醫(yī)學(xué)生提供虛擬培訓(xùn)平臺。
　　 目的
　　 建立高質(zhì)量的基于CVH和DSCTA數(shù)據(jù)集的心臟三維可視化模型及虛擬冠狀動脈模型，探討和比較模型特點，完善虛擬心臟模型數(shù)據(jù)庫；將虛擬心臟模型與經(jīng)食道超聲心動圖標(biāo)準(zhǔn)切面結(jié)合，為經(jīng)食道超聲心動圖提供精確詳實的解剖學(xué)對照；設(shè)計虛擬經(jīng)食道超聲心動圖仿真診斷系統(tǒng)，為心臟經(jīng)食道超聲心動圖診斷提供人機(jī)互動

4、性好的二維和三維操作平臺。
　　 方法
　　 1.采用首套中國可視化人體數(shù)據(jù)集心臟部分連續(xù)斷面圖像及篩選后臨床無心臟疾患的雙源螺旋CT冠狀動脈造影圖像，運用體繪制和面繪制的方法，在Amira5.2.1軟件上進(jìn)行心臟模型重建，研究各自的特點并對其進(jìn)行相互比較。運用半自動分割方法重建細(xì)微冠狀動脈血管三維可視化模型，細(xì)化到二、三級分支，建立冠狀動脈模型數(shù)據(jù)庫。
　　 2.采集正常人群多平面TEE二維圖像，建立正常多平面

5、TEE圖像數(shù)據(jù)庫。
　　 3.在心臟三維可視化模型上，運用Amira軟件的“ObliqueSlices”菜單，Rotate功能，模擬經(jīng)食道超聲心動圖在食管后方進(jìn)行0°-180°虛擬切割，將CVH和DSCTA斷面數(shù)據(jù)與相應(yīng)角度的經(jīng)食道超聲心動圖圖像共同顯示，從而進(jìn)行解剖對照研究。
　　 4.在Amira5.2.1軟件及photoshop CS7.0軟件上針對CVH和DSCTA各個斷層心臟解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割和解剖命名賦值。將C

6、VH心臟斷面各解剖結(jié)構(gòu)用灰度賦值表示。將DSCTA各解剖結(jié)構(gòu)用分別surf重建label表示。
　　 5.選取經(jīng)食道上中下段TEE圖像，導(dǎo)入心臟三維可視化模型數(shù)據(jù)庫和冠狀動脈三維可視化模型數(shù)據(jù)庫，編碼生成導(dǎo)入各心臟解剖結(jié)構(gòu)賦值程序，設(shè)計軟件內(nèi)容，建立經(jīng)食道超聲心動圖仿真輔助診斷系統(tǒng)。
　　 結(jié)果
　　 1.本研究在CVH數(shù)據(jù)集和臨床DSCT造影數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上成功建立了兩種共6例心臟三維可視化模型。上述兩種模型是通

7、過精細(xì)的圖像分割技術(shù)，運用可視化軟件建立而成，均能清晰顯示心臟及大血管的三維立體解剖結(jié)構(gòu)，模型代表性強(qiáng)，可進(jìn)行任意方位的虛擬切割、旋轉(zhuǎn)，但二者又因圖像質(zhì)量及其解剖信息側(cè)重點各具優(yōu)缺點。
　　 2.在心臟模型的基礎(chǔ)上細(xì)化完成的冠狀動脈三維可視化模型數(shù)據(jù)庫能充分代表大部分國人的冠狀動脈解剖結(jié)構(gòu)及走形，并能清晰顯示正常人體左、右冠狀動脈的主干及其主要分支，其中以DSCT數(shù)據(jù)集所建立的冠狀動脈模型更為細(xì)致。
　　 3.運用Ami

8、ra5.2.1軟件在CVH和DSCTA模型數(shù)據(jù)庫上模擬多平面TEE行0°-180°虛擬切割，并將相應(yīng)角度的CVH和DSCTA數(shù)據(jù)與多平面TEE共同顯示，充分發(fā)揮各自圖像解剖特點，圖像對合性好，能為TEE提供詳盡解剖對照。
　　 4.設(shè)計并完成了經(jīng)食道超聲心動圖仿真輔助診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮心臟模型的優(yōu)勢，實時動態(tài)顯示多平面TEE上、中、下段0°-180°超聲圖像及其對應(yīng)角度的CVH和DSCTA圖像，通過拾取模式清晰顯示任意

9、切割面上相應(yīng)的心臟解剖結(jié)構(gòu)的英文名稱及其相互毗鄰關(guān)系，為臨床醫(yī)師掌握和了解多平面TEE的圖像特點提供人機(jī)互動平臺。
　　 結(jié)論
　　 1.以可視化人體和DSCT造影數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)構(gòu)造的心臟三維可視化模型各具有優(yōu)缺點，且相互補(bǔ)充，將兩種模型共同顯示，能夠為下一步計算機(jī)醫(yī)學(xué)模型數(shù)據(jù)庫的建立提供豐富而全面的素材基礎(chǔ)。
　　 2.冠狀動脈三維可視化模型作為重要的解剖學(xué)橋梁和工具，進(jìn)一步細(xì)化的冠狀動脈二、三級分支能為TTE及