基本信息
- 项目名称：
- 基于血管结构的肝脏影像解读分析系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 基于血管结构的肝脏影像解读分析系统，即利用肝脏影像图像，通过对提取出的血管结构的分析来辅助医生诊断肝脏疾病。目前主要用于肝脏肿瘤、肝脏切除术以及肝脏移植等疾病的诊断。本作品结合肝脏解剖结构的特点提出了一系列肝脏解剖结构的数字化重建方法，较好的解决了目前肝脏切除术和移植术在术前不清楚肝脏内部解剖结构，无法测量血管、病灶及肝段体积等问题，为计算机辅助手术系统提供现实依据，具有重要的学术意义和应用价值。
- 详细介绍：
- 肝脏的功能性分段是肝脏规则性切除手术前的必要步骤，分段的准确度直接影响手术的效率和成功率。当前国内外临床实践以及其他应用中。广泛引用的为Couinaud于1954年提出来较为完备的八段功能解剖分段法。目前医学系统中多绝大多数对肝脏的分段是通过定位一些标识，生成分割面，进而分出各段，目前大量研究结果已经表明统一分段为八段的方法不一定合理。Couinaud的肝段划分方法原理是以肝静脉系统在肝内的分布为基础，以肝静脉为分段界限。因此以血管分枝作为分段的根据是较为科学的方式。这种方法是也是在理论上最接近实际解剖分段的方法，是目前研究的热点。本作品拟通过借助于图像处理、模式识别及虚拟现实等技术，实现以血管为基础的肝段自动划分；同时利用临床CT图像建立数字化肝胆系统的三维模型，开发出拥有自主知识产权、能应用于临床的肝脏影像解读分析系统。该能直观、清晰、任意角度地显示肝脏的解剖及肝内管道系统的走行，肝脏肿瘤的位置及其与周围血管的空间毗邻关系；实现对肝脏的精确分割、科学确定各肝段的空间解剖情况；对肝静脉及其分支的回流区域、脉管的吻合等情况进行科学、合理、准确的个性化分析；同时具有虚拟肝脏切除功能，能提供准确安全的手术切界，避免肝脏组织过多切除，最大限度地保留功能性肝组织，为医生制订更准确的手术方案提供较有价值的个体化信息。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 1.开发具有自主知识产权、基于临床的肝脏外科分析系统。 2.明确个体肝脏各区域的解剖特点，为实施精准肝脏手术奠定基础。 基本思路： 首先进行腹部CT图像的预处理，然后使用图论方法分割肝脏，继而采用区域增长算法，对肝脏血管系统进行提取。使用骨架化算法对血管对象进行处理。对提取出的血管骨架的分叉点进行标记，确定血管的解剖位置和级数。在得到了血管的抽象树型结构之后，进而实现血管的分段以及最后的血管支配区域划分。 创新点： 1.肝脏血管的结构化：血管段的划分是划分肝块、建立数字肝脏模型的基础。本作品在特征点划分的思想基础上提出一种血管树的自动构建方法。从一开始的血管骨架提取，到分叉点标记，到血管的抽象树型结构，到最后的对血管的主支与分支的区分。通过该方法可以对肝脏血管系统进行准确的结构化描述。 2.血管供血区域的划分：依据肝脏器内门静脉树或者肝静脉树的空间分布及其分支管径，对于其供血或者引流区域进行划分，并基于这种划分，将肝脏分段，计算其体积。医生可选择多个或者单个区域对肝段形态、体积及附近血管结构进行分析。可选择任意分支静脉血管，测定该肝脏静脉分支血管的供血区域，根据肝静脉分支的供血区域，实现对肝脏的精确分割，指导肝脏的精准切除。 技术关键和主要技术指标： 1.高质量三维图像数据的融合，利用体绘制技术及面绘制技术，将肝内管道系统、肝实质的三维模型同二维CT截面图像数据进行融合，清晰、直观的现实肝脏内各组织结构。 2.交互式三维图像分割。
科学性、先进性
- 作品的科学性： 1.根据临床要求，针对国人特征开发拥有知识产权的软件系统，具有初步手术导航功能，并具有开放性，交互性等特点，便于临床应用及后续开发； 2.将该软件系统引入临床肝外科领域，应用于肝肿瘤诊断、肝切除等手术中，科学合理地制定手术方案，提供一定的导航功能，使手术安全、有效；为实现精准肝脏外科手术提供有效支撑。 作品的先进性： 本作品在血管的分段和肝段的划分方面做出了很多原创性的工作，其结果在国内还未见报道。血管段的划分是划分肝块、建立数字肝脏模型的基础。本作品在特征点划分的思想基础上提出一种血管树的自动构建方法。通过该方法可以对肝脏血管系统进行准确的结构化描述。准确标记出了血管的解剖位置和级数。依据肝脏器内门静脉树或者肝静脉树的空间分布及其分支管径，对于其供血或者引流区域进行划分，并基于这种划分，将肝脏分段，计算其体积。医生可选择任意分支静脉血管，测定该肝脏静脉分支血管的供血区域，根据肝静脉分支的供血区域，实现对肝脏的精确分割，指导肝脏的精准切除。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 现场演示，图片，录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明 作品在计算机设备上运行，操作界面友好。 2.该作品的技术特点和优势 能在合理时间内有效抽出肝，血管及骨骼等器官和组织。能进行肝细胞癌的自动抽出；以及肿瘤和各器官的体积测量。完善灵活的三维成像表示。 3.该作品的适应范围及推广前景的技术性说明 由于产品的终端用户为医院，CT，核磁共振等机器设备及工作站基本上都已配备，所以对硬件的投入不需很多。 4.市场分析和经济效益预测 现阶段肝脏CAD的产品极少，主要原因是由肝癌引发的死亡率在欧美仅列第九位，因此没得到足够的重视。在中国肝癌的死亡率排癌症死因的第二位，对肝脏CAD的需求尤为迫切。 全球研发肝脏CAD产品的几家公司中，形成商品运营的只有德国不来梅大学的Mevis，主要提供计算机辅助肝脏手术的支持服务。因为软件的功能和侧重点不同，不存在竞争关系。 销售途径：直接销给各大中小型医院；软件授权给各大CT生产商；提供客户所需的肝脏手术的数据处理服务(类似Mevis远程网络服务，每例约300-500欧元)。
同类课题研究水平概述
- 近年来，我国逐步开始了虚拟人体及器官的三维可视化研究。在肝胆胰外科领域，国内第三军医大学董家鸿教授从2000年以来率先进行了肝胆胰等脏器三维重建的探索；2002年10月第三军医大学完成一例男性非器质性疾病死亡人体连续横断面图像数据集的采集和计算机三维可视化的初步研究；2003年以来，南方医科大学方驰华教授、福建医科大学刘景丰教授等也相继开展了这方面的研究。目前已初步建立了肝胆胰等脏器的三维可视化模型，并在肝脏模型上进行了虚拟切割探讨。但是在上述模型中，仍然存在不同程度信息丢失，肝内管道在肝段水平的显示不佳，同时缺乏数据的量化分析功能，因此严重制约了其临床应用价值。国际上，德国和日本开发的计算机辅助肝脏切除手术规划系统已经进入临床，初步研究提示这个系统有助于提高肝脏切除手术的精准性和安全性。 目前关于数字化肝切除手术规划的临床研究只是个案报道和病例回顾，因此本项目中设计了前瞻性的对照研究，这将有助于深入认识数字化手术规划平台的临床应用价值。 肝脏外科的发展和肝脏解剖密切相关。目前国内外整体数字化虚拟人体数据集以及使用灌注肝脏标本对肝脏内部管道的研究较多，或者采用医学影像设备（CT、MRI）和仪器自带的工作站进行肝脏的重建工作，但都存在一定的缺点。关于胆道和胰腺的数字化手术规划平台虽然尚未进入临床，但是鉴于理论上已经成为可能，尽快研发相关软件，使之早日进入临床就成为当务之急。目前国内外的数字化手术规划平台建设主要是基于对脏器和病灶的解剖学精确评估。然而一个合理的手术规划，不仅取决于解剖学评估，还需要结合病理学、生理学、功能影像学等进行综合考量。“精准外科”理念已经得到国内外同行的广泛赞誉和认同，本项目在数字化手术规划平台构建中融入了预留肝脏功能数字化评估、以及预留结构和功能重建等内容，将“精准外科”理念与数字化手术规划系统融合，形成数字化精准外科手术规划系统，制定符合精准外科理念的个体化手术规划。 鉴于三维可视化模型和数字化手术规划平台对于提高手术精准性和安全性的巨大优势，其在外科临床的应用前景非常广阔。同时，三维可视化模型和数字化手术规划平台还是未来进一步开发虚拟手术系统的基础。利用虚拟现实技术，让外科医生在计算机建立的虚拟环境中进行解剖观察、手术设计和手术操作，获得实际手术中的手感，这将对提高外科整体手术水平具有革命性影响。
