經食道超聲心動圖仿真輔助診斷系統(tǒng)的研制及臨床應用.pdf

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

2、EE操作的復雜性和圖像的多樣性也影響臨床診斷準確率。因此，急需一種與TEE相適應的虛擬仿真系統(tǒng)來培訓醫(yī)師和輔助臨床診斷。近年來，醫(yī)學虛擬系統(tǒng)不斷發(fā)展，它是在是在人體斷層解剖數(shù)據(jù)和醫(yī)學影像數(shù)據(jù)基礎上，應用計算機技術創(chuàng)造醫(yī)學虛擬環(huán)境，模擬醫(yī)學操作的虛擬仿真系統(tǒng)。具有真實的二維和三維解剖學信息，能為臨床醫(yī)學(影像學、外科學等)提供仿真的應用環(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)集的基礎上進行經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)學生提供虛擬培訓平臺。
　　 目的
　　 建立高質量的基于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食道超聲心動圖標準切面結合，為經食道超聲心動圖提供精確詳實的解剖學對照；設計虛擬經食道超聲心動圖仿真診斷系統(tǒng)，為心臟經食道超聲心動圖診斷提供人機互動

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軟件上進行心臟模型重建，研究各自的特點并對其進行相互比較。運用半自動分割方法重建細微冠狀動脈血管三維可視化模型，細化到二、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，模擬經食道超聲心動圖在食管后方進行0°-180°虛擬切割，將CVH和DSCTA斷面數(shù)據(jù)與相應角度的經食道超聲心動圖圖像共同顯示，從而進行解剖對照研究。
　　 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構進行分割和解剖命名賦值。將C

6、VH心臟斷面各解剖結構用灰度賦值表示。將DSCTA各解剖結構用分別surf重建label表示。
　　 5.選取經食道上中下段TEE圖像，導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，編碼生成導入各心臟解剖結構賦值程序，設計軟件內容，建立經食道超聲心動圖仿真輔助診斷系統(tǒng)。
　　 結果
　　 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、過精細的圖像分割技術，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構，模型代表性強，可進行任意方位的虛擬切割、旋轉，但二者又因圖像質量及其解剖信息側重點各具優(yōu)缺點。
　　 2.在心臟模型的基礎上細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構及走形，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.設計并完成了經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、切割面上相應的心臟解剖結構的英文名稱及其相互毗鄰關系，為臨床醫(yī)師掌握和了解多平面TEE的圖像特點提供人機互動平臺。
　　 結論
　　 1.以可視化人體和DSCT造影數(shù)據(jù)集為基礎構造的心臟三維可視化模型各具有優(yōu)缺點，且相互補充，將兩種模型共同顯示，能夠為下一步計算機醫(yī)學模型數(shù)據(jù)庫的建立提供豐富而全面的素材基礎。
　　 2.冠狀動脈三維可視化模型作為重要的解剖學橋梁和工具，進一步細化的冠狀動脈二、三級分支能為TTE及