基于ct图像的肝脏栓塞治疗仿真

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1、基于CT图像的肝脏栓寒治疗仿真正常的肝脏有两条血管供给养分，一条是肝动脉(hepaticartery)，另一条为门静脉(portalvein)。肝动脉负责供应肝脏带氧的血液，约提供肝脏1／4的血液来源；而门静脉则可将肠胃道所消化吸收的养分运送到肝脏处理，门静脉约可提供肝脏3／4的血液来源。肝癌的肿瘤细胞几乎完全靠肝动脉来供应养分，医学研究指出：肝癌的血液供应90—99％来自肝动脉，尤其有包膜的肿瘤几乎完全由肝动脉供血。根据这个原理，医师将一根导管由鼠蹊部的股动脉插入，并经由主动脉、腹腔动脉，而导入供应肝肿瘤的肝动脉之中，并打入栓塞物质将血

2、管堵死，栓塞阻断肝动脉供血，肿瘤组织就会因缺血，缺氧而发生坏死。肝动脉栓塞后的肝癌大部分瘤体组织因缺血、缺氧而逐步坏死，而正常肝组织的血供受影响不大，且能形成侧支循环，不会导致明显的肝功能障碍。这种栓塞治疗是80年代发展的一种非手术的肿瘤治疗方法，对肝癌有很好疗效，甚至被推荐为非手术疗法中的首选方案。本课题的研究，能够为外科医生提供栓塞治疗模拟、帮助制订手术方案，降低手术风险，减少病人的痛苦，延长病人的生存期，提高病人术后生活质量。是我实验室“肝癌手术计划系统”的子课题。本课题对从事肝脏专科病理、生理、临床治疗、学术研究等方面具有重要的意

3、义。1．2国内外研究现状国内外目前已有一些辅助的手术计划系统，能够提供肝脏手术治疗的仿真。在2006年，德国的Ruprecht—KarlsUniversity大学开发了一个肝脏移植的辅助系统，通过分析计算肝脏内部管道的各个部分的容积比，给出肝脏移植手术的一些重要参考数据[1]。Hogemann，Stamm等实现了虚拟的肝切除[2]；Kamel，Kruskal等指出非侵入性的检查将为活体肝脏移植手术提供综合广泛的评价[3]；Saito，Yamanaka等实现了一个可行的、精确的新型三维虚拟切除仿真软件[4]。国内方面，由厦门大学、福建医科大

4、学和厦门市第一医院合作的福建省卫生教育联合攻关计划项目：数字化虚拟肝脏及手术计划系统(卫生部联合基金项目批号：WKJ一2005-2-001)和福建省科技计划项目：数字虚拟器官群及临床应用(之--)—肝癌手术计划系统(福建省科技重点项目：2005Y0018)，能够利用获得的数据和图像，通过图像去噪、分割和配准，分离出肝脏的各种管道结构，2第一章绪论完成三维重建，建立肝脏管道数据库；将离体和活体数据相融合，进行三维重建，制作肝实质和肝内管道系统的三维动态图像；提取肝内管道系统的骨脊线和管道节点，明确管道的分布状况和相互之间的连接关系，模拟肝癌

5、介入治疗的效果，帮助医生选择最佳的介入位置，排除禁忌症，以及预测治疗效果。1．3本文的研究工作及创新之处本文的研究工作在实验室原有肝脏研究的基础上进行，主要有一下三点：1)从活体CT数据中提取出肝脏的肝管道结构，建立肝脏的三维形态模型，实现肝脏的三维虚拟可视化。2)对已提取出管道结构的数据进行模拟栓塞，并在完成栓塞后，对血管与肝组织进行距离变换，确定栓塞后的肝组织供血状况，并三维显示。3)测算肝脏体积和被栓塞肿瘤体积，为栓塞手术效果提供参考评估。本课题的创新主要包括以下几点：1)数据来源为活体CT数据2)改进了医学图像中微细管道结构的表面

6、绘制算法3)改进距离变换算法，并应用到肝脏栓塞仿真中1．4本文的组织结构及章节安排本文将主要从以下几个部分进行阐述：第一章介绍课题的背景意义以及国内外的一些研究现状，并介绍了本文的主要研究工作及创新之处。第二章说明课题中应用到的背景知识和关键技术，介绍了CT的基本原理，Dicom医学图像格式，OpenGL、Python和．NetFramework等技术以及为什么选用这些技术作为课题实现的工具。第三章主要说明课题中肝脏管道数据提取过程中的所使用的不同算法，以及这些算法在具体实现时的改进。区域生长算法为我们从Dicom数据源中提取血管管道数据

7、提供了基础算法，移动立方体(MarchingCube)算法帮助我们将提基于CT图像的肝脏栓塞治疗仿真取到的管道数据进行表面绘制，实现三维重建。在这两个算法的基础上，我们分别对区域生长算法的连续域值法和管道微细处的移动立方体显示算法作出相应修改，提高了算法的效果。第四章主要是进行肝脏血管栓塞仿真，说明了应用于栓塞仿真效果的距离变换算法，以及距离变换算法支持多前景点的改进，并给出了栓塞仿真效果评估。最后是总结和展望，总结本文的工作，并提出进一步深入研究、改进的一些构想。42．1CT简介第二章背景知识与关键技术介绍计算机断层扫描技术(Compu

8、terTomography，简称CT)是利用X射线对人体某一范围进行逐层的横断扫描，取得信息，经计算机处理后获得重建的图像[5]。CT机一般可分为常规CT和多层螺旋CT两种。常规CT扫描速度较