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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于血管結(jié)構(gòu)的肝臟影像解讀分析系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 基于血管結(jié)構(gòu)的肝臟影像解讀分析系統(tǒng)，即利用肝臟影像圖像，通過對提取出的血管結(jié)構(gòu)的分析來輔助醫(yī)生診斷肝臟疾病。目前主要用于肝臟腫瘤、肝臟切除術(shù)以及肝臟移植等疾病的診斷。本作品結(jié)合肝臟解剖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了一系列肝臟解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字化重建方法，較好的解決了目前肝臟切除術(shù)和移植術(shù)在術(shù)前不清楚肝臟內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)，無法測量血管、病灶及肝段體積等問題，為計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)系統(tǒng)提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 肝臟的功能性分段是肝臟規(guī)則性切除手術(shù)前的必要步驟，分段的準(zhǔn)確度直接影響手術(shù)的效率和成功率。當(dāng)前國內(nèi)外臨床實(shí)踐以及其他應(yīng)用中。廣泛引用的為Couinaud于1954年提出來較為完備的八段功能解剖分段法。目前醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中多絕大多數(shù)對肝臟的分段是通過定位一些標(biāo)識(shí)，生成分割面，進(jìn)而分出各段，目前大量研究結(jié)果已經(jīng)表明統(tǒng)一分段為八段的方法不一定合理。Couinaud的肝段劃分方法原理是以肝靜脈系統(tǒng)在肝內(nèi)的分布為基礎(chǔ)，以肝靜脈為分段界限。因此以血管分枝作為分段的根據(jù)是較為科學(xué)的方式。這種方法是也是在理論上最接近實(shí)際解剖分段的方法，是目前研究的熱點(diǎn)。本作品擬通過借助于圖像處理、模式識(shí)別及虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以血管為基礎(chǔ)的肝段自動(dòng)劃分；同時(shí)利用臨床CT圖像建立數(shù)字化肝膽系統(tǒng)的三維模型，開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、能應(yīng)用于臨床的肝臟影像解讀分析系統(tǒng)。該能直觀、清晰、任意角度地顯示肝臟的解剖及肝內(nèi)管道系統(tǒng)的走行，肝臟腫瘤的位置及其與周圍血管的空間毗鄰關(guān)系；實(shí)現(xiàn)對肝臟的精確分割、科學(xué)確定各肝段的空間解剖情況；對肝靜脈及其分支的回流區(qū)域、脈管的吻合等情況進(jìn)行科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的個(gè)性化分析；同時(shí)具有虛擬肝臟切除功能，能提供準(zhǔn)確安全的手術(shù)切界，避免肝臟組織過多切除，最大限度地保留功能性肝組織，為醫(yī)生制訂更準(zhǔn)確的手術(shù)方案提供較有價(jià)值的個(gè)體化信息。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的： 1.開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、基于臨床的肝臟外科分析系統(tǒng)。 2.明確個(gè)體肝臟各區(qū)域的解剖特點(diǎn)，為實(shí)施精準(zhǔn)肝臟手術(shù)奠定基礎(chǔ)。 基本思路： 首先進(jìn)行腹部CT圖像的預(yù)處理，然后使用圖論方法分割肝臟，繼而采用區(qū)域增長算法，對肝臟血管系統(tǒng)進(jìn)行提取。使用骨架化算法對血管對象進(jìn)行處理。對提取出的血管骨架的分叉點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，確定血管的解剖位置和級數(shù)。在得到了血管的抽象樹型結(jié)構(gòu)之后，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)血管的分段以及最后的血管支配區(qū)域劃分。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.肝臟血管的結(jié)構(gòu)化：血管段的劃分是劃分肝塊、建立數(shù)字肝臟模型的基礎(chǔ)。本作品在特征點(diǎn)劃分的思想基礎(chǔ)上提出一種血管樹的自動(dòng)構(gòu)建方法。從一開始的血管骨架提取，到分叉點(diǎn)標(biāo)記，到血管的抽象樹型結(jié)構(gòu)，到最后的對血管的主支與分支的區(qū)分。通過該方法可以對肝臟血管系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)化描述。 2.血管供血區(qū)域的劃分：依據(jù)肝臟器內(nèi)門靜脈樹或者肝靜脈樹的空間分布及其分支管徑，對于其供血或者引流區(qū)域進(jìn)行劃分，并基于這種劃分，將肝臟分段，計(jì)算其體積。醫(yī)生可選擇多個(gè)或者單個(gè)區(qū)域?qū)Ω味涡螒B(tài)、體積及附近血管結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析?？蛇x擇任意分支靜脈血管，測定該肝臟靜脈分支血管的供血區(qū)域，根據(jù)肝靜脈分支的供血區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對肝臟的精確分割，指導(dǎo)肝臟的精準(zhǔn)切除。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 1.高質(zhì)量三維圖像數(shù)據(jù)的融合，利用體繪制技術(shù)及面繪制技術(shù)，將肝內(nèi)管道系統(tǒng)、肝實(shí)質(zhì)的三維模型同二維CT截面圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，清晰、直觀的現(xiàn)實(shí)肝臟內(nèi)各組織結(jié)構(gòu)。 2.交互式三維圖像分割。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 作品的科學(xué)性： 1.根據(jù)臨床要求，針對國人特征開發(fā)擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)，具有初步手術(shù)導(dǎo)航功能，并具有開放性，交互性等特點(diǎn)，便于臨床應(yīng)用及后續(xù)開發(fā)； 2.將該軟件系統(tǒng)引入臨床肝外科領(lǐng)域，應(yīng)用于肝腫瘤診斷、肝切除等手術(shù)中，科學(xué)合理地制定手術(shù)方案，提供一定的導(dǎo)航功能，使手術(shù)安全、有效；為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)肝臟外科手術(shù)提供有效支撐。 作品的先進(jìn)性： 本作品在血管的分段和肝段的劃分方面做出了很多原創(chuàng)性的工作，其結(jié)果在國內(nèi)還未見報(bào)道。血管段的劃分是劃分肝塊、建立數(shù)字肝臟模型的基礎(chǔ)。本作品在特征點(diǎn)劃分的思想基礎(chǔ)上提出一種血管樹的自動(dòng)構(gòu)建方法。通過該方法可以對肝臟血管系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)化描述。準(zhǔn)確標(biāo)記出了血管的解剖位置和級數(shù)。依據(jù)肝臟器內(nèi)門靜脈樹或者肝靜脈樹的空間分布及其分支管徑，對于其供血或者引流區(qū)域進(jìn)行劃分，并基于這種劃分，將肝臟分段，計(jì)算其體積。醫(yī)生可選擇任意分支靜脈血管，測定該肝臟靜脈分支血管的供血區(qū)域，根據(jù)肝靜脈分支的供血區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對肝臟的精確分割，指導(dǎo)肝臟的精準(zhǔn)切除。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示，圖片，錄像。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.使用說明 作品在計(jì)算機(jī)設(shè)備上運(yùn)行，操作界面友好。 2.該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢 能在合理時(shí)間內(nèi)有效抽出肝，血管及骨骼等器官和組織。能進(jìn)行肝細(xì)胞癌的自動(dòng)抽出；以及腫瘤和各器官的體積測量。完善靈活的三維成像表示。 3.該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說明 由于產(chǎn)品的終端用戶為醫(yī)院，CT，核磁共振等機(jī)器設(shè)備及工作站基本上都已配備，所以對硬件的投入不需很多。 4.市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 現(xiàn)階段肝臟CAD的產(chǎn)品極少，主要原因是由肝癌引發(fā)的死亡率在歐美僅列第九位，因此沒得到足夠的重視。在中國肝癌的死亡率排癌癥死因的第二位，對肝臟CAD的需求尤為迫切。 全球研發(fā)肝臟CAD產(chǎn)品的幾家公司中，形成商品運(yùn)營的只有德國不來梅大學(xué)的Mevis，主要提供計(jì)算機(jī)輔助肝臟手術(shù)的支持服務(wù)。因?yàn)檐浖墓δ芎蛡?cè)重點(diǎn)不同，不存在競爭關(guān)系。 銷售途徑：直接銷給各大中小型醫(yī)院；軟件授權(quán)給各大CT生產(chǎn)商；提供客戶所需的肝臟手術(shù)的數(shù)據(jù)處理服務(wù)(類似Mevis遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，每例約300-500歐元)。
同類課題研究水平概述
- 近年來，我國逐步開始了虛擬人體及器官的三維可視化研究。在肝膽胰外科領(lǐng)域，國內(nèi)第三軍醫(yī)大學(xué)董家鴻教授從2000年以來率先進(jìn)行了肝膽胰等臟器三維重建的探索；2002年10月第三軍醫(yī)大學(xué)完成一例男性非器質(zhì)性疾病死亡人體連續(xù)橫斷面圖像數(shù)據(jù)集的采集和計(jì)算機(jī)三維可視化的初步研究；2003年以來，南方醫(yī)科大學(xué)方馳華教授、福建醫(yī)科大學(xué)劉景豐教授等也相繼開展了這方面的研究。目前已初步建立了肝膽胰等臟器的三維可視化模型，并在肝臟模型上進(jìn)行了虛擬切割探討。但是在上述模型中，仍然存在不同程度信息丟失，肝內(nèi)管道在肝段水平的顯示不佳，同時(shí)缺乏數(shù)據(jù)的量化分析功能，因此嚴(yán)重制約了其臨床應(yīng)用價(jià)值。國際上，德國和日本開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助肝臟切除手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入臨床，初步研究提示這個(gè)系統(tǒng)有助于提高肝臟切除手術(shù)的精準(zhǔn)性和安全性。 目前關(guān)于數(shù)字化肝切除手術(shù)規(guī)劃的臨床研究只是個(gè)案報(bào)道和病例回顧，因此本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了前瞻性的對照研究，這將有助于深入認(rèn)識(shí)數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)的臨床應(yīng)用價(jià)值。 肝臟外科的發(fā)展和肝臟解剖密切相關(guān)。目前國內(nèi)外整體數(shù)字化虛擬人體數(shù)據(jù)集以及使用灌注肝臟標(biāo)本對肝臟內(nèi)部管道的研究較多，或者采用醫(yī)學(xué)影像設(shè)備（CT、MRI）和儀器自帶的工作站進(jìn)行肝臟的重建工作，但都存在一定的缺點(diǎn)。關(guān)于膽道和胰腺的數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)雖然尚未進(jìn)入臨床，但是鑒于理論上已經(jīng)成為可能，盡快研發(fā)相關(guān)軟件，使之早日進(jìn)入臨床就成為當(dāng)務(wù)之急。目前國內(nèi)外的數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)建設(shè)主要是基于對臟器和病灶的解剖學(xué)精確評估。然而一個(gè)合理的手術(shù)規(guī)劃，不僅取決于解剖學(xué)評估，還需要結(jié)合病理學(xué)、生理學(xué)、功能影像學(xué)等進(jìn)行綜合考量。“精準(zhǔn)外科”理念已經(jīng)得到國內(nèi)外同行的廣泛贊譽(yù)和認(rèn)同，本項(xiàng)目在數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)構(gòu)建中融入了預(yù)留肝臟功能數(shù)字化評估、以及預(yù)留結(jié)構(gòu)和功能重建等內(nèi)容，將“精準(zhǔn)外科”理念與數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)融合，形成數(shù)字化精準(zhǔn)外科手術(shù)規(guī)劃系統(tǒng)，制定符合精準(zhǔn)外科理念的個(gè)體化手術(shù)規(guī)劃。 鑒于三維可視化模型和數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)對于提高手術(shù)精準(zhǔn)性和安全性的巨大優(yōu)勢，其在外科臨床的應(yīng)用前景非常廣闊。同時(shí)，三維可視化模型和數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃平臺(tái)還是未來進(jìn)一步開發(fā)虛擬手術(shù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，讓外科醫(yī)生在計(jì)算機(jī)建立的虛擬環(huán)境中進(jìn)行解剖觀察、手術(shù)設(shè)計(jì)和手術(shù)操作，獲得實(shí)際手術(shù)中的手感，這將對提高外科整體手術(shù)水平具有革命性影響。
