基于中国数字化人体的支气管树三维模型构建及纤维支气管镜手术模拟仿真

目的构建人体肺支气管树详细的三维数字化结构,并进行虚拟仿真和3D打印,为纤维支气管镜手术虚拟仿真提供精准的形态学资料。方法选择中国数字化人体CVH1,2,5,6胸部的断层解剖图像,使用AMIRA软件对肺和支气管树进行分割并三维重建,使用Cinema 4D软件平滑,构建交互式3DPDF模型,并进行3D打印,创建虚拟纤维支气管镜手术仿真模型。结果我们构建了4例详细的肺支气管树三维数字化模型,包括3例成人,1例儿童,展示了人体支气管树3~6级分支,4级与6级分支数都为上一级分支数两倍左右,左肺段支气管为8段,6级支气管分支数为63.8±3.6,右肺段支气管为10段,6级支气管分支数为63.8±3.6,左右肺6级支气管数比为0.79。支气管最长长度均位于左叶,儿童管腔直径均小于3例成人的管腔直径。结论支气管树的三维数字化模型、3D打印模型、3D-PDF和手术虚拟仿真软件,提高了对支气管树解剖学和发育生物学的认识。我们认为,左肺的B1+2和B7+8段支气管为单独的段支气管,而不是两段合并的段支气管,此研究为临床解剖学教学和纤维支气管镜手术虚拟仿真提供了形态学基础。

支气管树解剖与仿真内镜

目的 探讨支气管走行方向对仿真支气管成像效果的影响。方法 12 0例正常自愿者人群均分为 6组 ,分别接受不同参数组合的成像 ,并分别对第S1、S4、S6、S8、S10段支气管作CT仿真支气管镜 (VB)观察 ,测定VB下最末端支气管内径。结果 与轴面接近垂直走行的段支气管S1、S10在仿真内镜下走行最远 ,测量管径最细小 ;接近水平走行的段支气管S4、S6在仿真内镜下测量管径最大 ;斜行支气管S8在上述两者之间。结论 支气管的走行方向直接影响仿真支气管镜的观察效果 ,垂直于扫描平面的支气管效果最佳。

VRT与VBS在中心型肺癌气管支气管树肿瘤侵犯评估中价值的比较

目的 比较容积再现技术 (volumerenderingtechnique ,VRT)和仿真支气管镜 (virtualbrochoscopy ,VBS)在评估中心型肺癌气管支气管树肿瘤侵犯中的临床应用价值。资料与方法 4 6例中心型肺癌患者行前瞻性的CT检查 ,采用直接增强扫描 ,在工作站得到气管支气管树VRT和VBS图像。盲法阅片 ,对比影像诊断结果与手术及病理结果 ,利用SPSS 1 0 .0进行统计学分析。结果 VRT、VBS对评价中心型肺癌气管支气管树肿瘤侵犯的敏感性分别为86 .9%和 6 6 .7% ,有极显著统计学差异 (χ2 =9.6 5 1 ,P =0 .0 0 2 )。特异性分别为 93 .1 %和 86 .2 % ,无明显统计学差异 (χ2 =0 .74 4 ,P =0 .6 70 )。准确性分别为 88.5 %和 71 .7% ,有极显著统计学差异 (χ2 =1 0 .0 1 7,P =0 .0 0 2 )。结论VRT无论在观察范围还是诊断的准确性方面均优于VBS ,在中心型肺癌气管支气管树肿瘤侵犯的评估中VRT可以取代VBS。

基于CT图像的肺气管树3D分割方法的研究

目的:对肺部气管树的分割在临床上具有重要应用价值。针对目前肺气管树分割存在的问题,本文提出了一种结合区域生长和形态学方法的气管树3D分割的方法。方法:首先,采用基于3D联通区域与形态学的方法分割出CT序列图像中的肺实质;其次,利用3D区域生长法初步提取气管树;然后,利用形态学分割方法选取细小气管候选区域,并与上一步分割结果合成三维肺气管区域;最后,再次利用区域生长法去除伪气管区域,提取出最终的气管树。结果:实验结果表明,三维区域生长方法能够很好地获得气管/主支气管、段气管及主要的气管分支,而形态学方法能够有效地检测出细小气管区域。所以利用本文方法可以简单、有效地提取出肺气管树,并防止区域生长过程中的遗漏现象。结论:本文方法可为肺部气管的定量分析奠定基础,具有十分重要的临床诊断意义。

基于解剖学和CT影像的支气管树结构模型建立和肺内气流分布规律研究进展

基于支气管树解剖模型的肺内气流动力学模拟研究是一种无创定量监测支气管形态结构与内部气流瞬变耦合关系的方法,有望成为临床常规肺功能检查的补充。本文对基于解剖学方法及CT影像的肺支气管树形态结构研究进展、基于结构模型的肺内气流分布规律研究进展、肺实质结构模型建立的研究前景进行综述。

一种新的三维气管树提取方法

目的:根据气管与支气管的树状特征,为了克服气管提取过程中的"阻塞"与"泄漏"问题,以适应临床教学训练需要,兼顾算法的精确性与执行效率,提出一种改进的区域生长算法。方法:首先利用经典的区域生长算法从三维螺旋CT图像中得到大气管初始区域;然后以初始区域为"大的"种子点,结合支气管在相邻CT图像中的Hessian矩阵特征向量,进行第二次区域生长,最终得到气管与支气管的全部数据。为了评价本文所提出的算法,我们对收集的13例CT气管数据进行了支气管重建,并与Kitasaka方法进行了对比。我们还请临床合作医生对算法提取的三维气管树的直观效果及临床的实用性进行了主观评价。结果:通过支气管检出率的比较,本文所提出方法明显优于Kitasaka方法。临床专家的主观评价认为本文所提出的方法对纤维支气管镜术前的气管三维结构观察和虚拟内镜开发及镜下手术模拟,具有重要的临床意义。结论:该方法自动化程度高,不仅适用于气管与支气管分割,还可推广到骨骼、人体血管系统等其他管道小目标的分割问题。

结合区域生长与模糊连接度的肺气管树分割

针对CT图像中因噪声、密度分布不均匀和边界模糊等因素造成肺气管树难以准确分割的问题,提出了一种区域生长与模糊连接度相结合的肺气管树分割流程。通过阈值化及形态学闭操作提取出肺实质以定义感兴趣区域;采用改进迟滞阈值区域生长法预分割出较粗气管并结合局部体积突变指标抑制侧向泄漏;将预分割的结果进行骨架化及修剪来进一步提取出分支点,并以此作为后续分割的新种子点;根据CT图像的灰度均匀性与气管的管状结构特征来构造亲和力函数以计算种子点与其他体素的模糊连接度,并选取合适的阈值对模糊连接度进行阈值分割以提取出完整气管树。实验采用了20例来自EXACT’09竞赛提供的公开数据,分别从分支点、分支数量和分支数比率等方面进行了量化评估。该方法能在较低泄漏情况下成功检测出参考标准中一半以上的分支,平均分支数比率达到59.7%。实验结果表明,该方法可对肺气管树进行较精确的分割。

肺支气管树的DLA分形生长模拟

将计算机仿真的实验方法引入肺器官功能动力学领域,以Witten和Sander提出的有限扩散凝聚模型(DLA—DiffusionLimitedAggregation)为基础,在肺叶边界约束下用计算机对肺支气管树的生长及其分布情况进行了模拟。实验中主要考虑分析并讨论了边界情况、运动粒子的反应几率、扩散步长、凝聚中心、凝聚距离等因素对于肺支气管树的生长及分布的影响。在大约10000个粒子的成功凝聚后,一侧肺支气管树的粗略形态可以得出。其结果初步揭示了肺器官功能的动力学过程与其结构的一致性。

猪肺支气管树三维可视化模型的构建及意义

目的探讨构建猪肺支气管树三维可视化模型的方法及意义。方法采用改良环氧树脂混合液-氧化铅填充剂对新鲜完整猪肺标本进行灌注并铸型,并在铸型基础上行CT扫描获取原始二维断层图像数据集,利用Mimics 15.0软件构建猪肺支气管树三维可视化模型。结果构建猪肺支气管树三维可视化模型的三维效果逼真,不但清晰地显示肺支气管树的各叶分支走行及分布,而且可以在三维空间内任意缩放、平移及以任意轴为中心行任意角度旋转。此外,还可以对各叶支气管管径和距离进行测量。结论基于CT数据集,利用三维重建技术构建猪肺支气管树三维可视化模型,为解剖学教学提供形态学参考和后期的虚拟手术奠定基础。

多层螺旋CT对气管支气管树腺样囊性癌的诊断价值

目的探讨多层螺旋CT（multi-slice spiral CT,MSCT）在气管支气管树腺样囊性癌（adenoid cystic carcinoma,ACC）中的诊断价值。方法收集35例经病理明确诊断的气管支气管ACC患者,其中男性19例,女性16例,年龄24~63岁,平均年龄48.9岁。回顾性分析所有患者的M SCT表现。结果发生在气管的ACC 18例,发生在支气管的17例,分为腔内外结节型、管壁浸润型、单纯腔内结节型、周围结节型。结论 MSCT有助于早期发现、诊断原发性气管支气管树ACC。

人体肺支气管树内的气流分布研究

在 Weible的人体肺支气管树统计数据的基础上 ,参照肺解剖图形 ,运用流体网络理论建立支气管树在前 5～ 7级为不对称分叉 ,后面的分级为对称分叉的三参数集中参数模型。采用 GEAR算法求解常微分方程组 ,探讨在正常呼吸过程中气体在肺支气管树内不同分段的压力流量分布。在此基础上探讨了支气管局部受阻时 ,肺支气管树内不同部位的压力和流量的分布状况 ,并进行了比较。该模型对认识肺支气管树在生理。

肺气管树分形结构的数学描述

根据人体气管树内部复杂的自相似的结构,收集气管树的解剖学资料,在二维平面上建立了人体气管树完全二叉分支的分形结构数学模型。拟合出右肺的外形边界曲线,根据进出气体以最小能量损失到达分布目的的思想,借鉴血管分支形态的优化分析对前几级支气管的几何形态进行数学模拟,在此基础上建立边界控制气管树分叉控制概率模型,模拟了人体右肺气管树的分形结构。计算结果表明,该模型能很好的模拟支气管形态优化及管径确定,并能对复杂的气管树几何形态进行描述。

三维快速场回波序列在先心病患儿气管支气管树MRI中的应用

目的对比分析三维快速场回波(3D-TFE)序列、三维平衡快速场回波(3D b-TFE)序列以及对比增强MR血管成像(CE-MRA)3种序列在显示气道时影像质量,探讨3D-TFE序列在先心病患儿气管支气管树成像中的应用价值。方法连续收集2016年9月—12月间我院62例经超声心电图确诊的先心病患儿,其中男32例,女30例,年龄2～141个月,中位年龄为12.7个月。在1.5 T MR扫描设备上进行常规心脏MRI检查,常规扫描序列3D b-TFE、CE-MRA主要显示大血管病变,3D TFE进行气管支气管成像,测量气管支气管影像信噪比(SNR)及信号强度(SI),客观评价影像质量及气管边界清晰度。由2位医生采用双盲5分法评价影像噪声及影像质量,并采用Kappa分析对2位医生的评分结果行一致性评价。采用单因素方差分析比较3种序列影像的SNR、SI、气管边界清晰度和影像质量主观评分。结果 3D-TFE序列在显示气道的SNR、SI、气管边界清晰度及其影像质量主观评分均分别高于3D b-TFE和CE-MRA序列(均P<0.05)。2位医生对3种序列影像质量的主观评分的结果一致性极好,κ值均>0.80。结论 3D-TFE序列显示气管支气管树的影像质量优于3D b-TFE和CE-MRA序列,可应用于心脏MRI检查时辅助观察有无先心病伴随的气道异常,是先心病心脏MRI检查中不可缺少的辅助序列,可为先心病患儿术前评估提供更多信息。

右肺支气管树的三维分形模拟

肺是天然的非对称不规则体。肺内的气管树呈复杂的自相似的结构。基于最小能耗思想 ,作者根据肺的解剖学数据 ,建立右肺的细分网格坐标 ,通过计算各级分块的质心 ,寻找分叉方向与确定分叉长度 ,以 Open GL 为工具 ,实现了右肺支气管树的三维分形模拟 ,并且得到各级的长度、分叉角度和管径的具体参数。所生成的图形在形态与几何参数上与现有统计数据很吻合。计算得到该模型的分形覆盖维数为 2 .19,与其他学者计算的人体肺的理想维数 2 .17[1 ] 比较接近。该模型为今后用分形思想研究肺的气体扩散传递功能奠定基础。从节省计算机存储。

基于区域增长法的三维支气管树分割算法

虚拟内窥镜在胸部疾病诊断方面占据重要的地位,通常支气管树分割方法存在分割结果不准确和分割漏洞问题,因此提出基于区域增长法的支气管树分割算法。首先通过区域增长法进行主干分割,然后对细小分支进行获取,并通过质量评价函数对细小分支进行筛选,删除伪分支。实验结果表明,该支气管树分割法可以简单、有效地提取出完整的肺支气管树,得到包含第5级以上的支气管,解决支气管断裂和分割漏洞现象,具有较好的鲁棒性。

三维支气管树分割与中心路径提取算法研究

中心路径提取是虚拟内窥镜的主要关键技术之一,但是对于复杂的多分支结构器官的分割和准确提取具有正确拓扑结构的中心路径十分困难。因此针对该问题,提出三维支气管树分割与中心路径提取算法。该方法通过改进的区域增长法分别提取支气管的主干分支和细小分支,在分割结果中确定初始中心路径点,利用Jacobian矩阵的几何意义矫正中心点,生成具有正确的拓扑结构的中心路径。实验结果表明:该方法可以得到包含第5级以上的支气管的中心路径,对于单分支和多分支的器官组织同样具有较好的准确性。

三维支气管树重建图像对肺孤立结节的诊断价值

目的 研究肺孤立结节 (SPN)在 3D支气管树重建图像中的CT特点并评价其诊断价值。方法 2 9例SPN全肺 1 0mm层厚螺旋扫描 ,重建间距 1 .5mm ,重建阈值 - 70 0 ,- 2 0 0。结果 2 4例能观察到结节边缘的结构。肺癌结节都含有支气管 ,其边缘形成以支气管支为主僵直的毛刺。肺转移瘤内不含有支气管 ,边缘无毛刺 ,但压迫支气管支呈“握球”样。含支气管和支气管被结节阻断的结核瘤 ,边缘由支气管支和纤维索条形成不僵直的毛刺 ;不含支气管的边缘形成梳齿状的毛刺。多数SPN有胸膜皱缩表现 ,恶性结节与胸膜牵拉的索条略粗、僵直 ,而良性结节则呈多样性。并能显示≤ 0 .5cm的转移瘤。结论 3D支气管树重建图像对SPN具有辅助诊断价值。

辽宁绒山羊肺脏气管树铸型标本的制作

选择赛璐珞作为填充剂,采用自制套管加压灌注的方法制作辽宁绒山羊肺脏气管树铸型标本,采用此方法制作的支气管树标本外形美观,气管铸型饱满,色泽光洁,韧性较好,不易折断,具有较好的支撑力,能够清晰地显示动物气管及支气管、细支气管的分布、走行、直径及位置关系。

黄金分割应用于螺旋CT三维支气管树重建

①目的 探讨采用黄金分割法获得螺旋CT三维支气管树 (SSD)重建图像的最佳间隔。②方法 螺旋扫描 ,螺距为 1 ,扫描层厚 1 0mm ,重建间隔在 1 0mm范围内用黄金分割成X1 ～X6 6个试验点 ,并用 0 .5mm间隔密集重建图像与黄金分割的重建图像进行比较。③结果 为得到清晰的三维支气管树图像选择重建间隔极为重要 ,间隔越薄噪声越多并出现伪影 ,间隔越厚则密度分辨率不佳 ,用黄金分割法仅用几次试验即可得到X4 (1 .5mm)试验点是最佳重建间隔 ,与非黄金分割密集重建间隔图像比较质量相同。