數字人全身分割數據集的建立及人體胸腔與盆腔的數字化研究.pdf

1、研究背景和目的
　　 分割為創(chuàng)建三維模型很必要的一步。為了建立整個人體所有結構的三維模型，以便于后期的廣泛應用，我們選擇中國數字化人體(CVH)數據集進行分割。分割結構越詳細，能提供的后期應用就越有潛力，其中包括人體局部和斷面解剖學研究，解剖教育和醫(yī)學模擬等等。本博士課題后期的實驗研究都建立在分割數據集基礎上的。
　　 上縱隔解剖結構和它們的空間毗鄰關系較為復雜，難以掌握。雖然CT圖像對人體損傷較小，能夠被用于多個方面，

2、但軟組織清晰度和分辨率較差。CVH圖像分辨率較高，斷面解剖圖像顯示的顏色都為器官組織本身自然的顏色，因此，CVH圖像可以做為CT圖像的一個補充。我們選擇CT圖像和CVH薄層斷面解剖圖像上的上縱隔結構進行對照研究，對上縱隔疾病的診斷提供有效的形態(tài)學參考。
　　 人體盆腔因其位置深在、可及性有限，人們對盆腔解剖的認識有一定限度。其中肛提肌、尿道括約肌復合體、肛門括約肌復合體和會陰中心體等結構形態(tài)及其毗鄰關系仍然需要去研究和了解。而且

3、，盆腔臟器解剖形態(tài)及其毗鄰關系仍然不大清楚。由于人體解剖結構隨年齡變化而變化，本研究中，我們打算使用6例CVH年輕人盆腔斷面解剖圖像，對其盆腔結構進行分割和三維重建，建立詳細的人體盆腔局解模型。
　　 研究主要結果和結論顯示如下：
　　 經過我們使用PHOTOSHOP等軟件的半自動分割，完成了CVH男性的869個結構和CVH女性的860個結構的數據分割，分割文件格式為PSD和PNG，分割區(qū)域內填充不同的RGB顏色。在這些

4、分割結構中，所有的肌肉結構都包括其肌腹和肌腱部分，中空器官包括器官壁和器官腔。大部分神經干、小動脈、淋巴結和淋巴管道也被分割。通過使用分割數據集，可以創(chuàng)建很多面繪制和體繪制器官模型。CVH男性和女性都能夠代表正常的亞洲成年人體型。使用分割數據集創(chuàng)建的三維重建模型，可建立帶有物理學和生理學信息的三維物理或生理模型，有助于促進中國醫(yī)學和生物醫(yī)學發(fā)展。
　　 我們使用CVH男性數據，其標本年齡為35歲，和一個45歲無器質性損傷的男性C

5、T平片和增強CT圖像進行了對照研究。另外，我們基于CVH斷面圖像和其分割數據和該CT數據集，對人體上縱膈結構進行了三維重建，并進行對照觀察研究。CVH三維面繪制和體繪制重建模型有助于醫(yī)學生和低年制胸外科醫(yī)師熟悉上縱隔的解剖結構和它們之間的毗鄰關系，進行解釋病人CT圖像，為上縱隔的影像資料提供形態(tài)學參考。
　　 在基于數字人分割數據集的基礎上，我們使用了3D-DOCTOR和AMIRA軟件，對男性盆腔臟器：包括直腸、膀胱、男性尿道、

6、輸尿管、精囊腺、輸精管、射精管、閉孔內肌、肛提肌、尾骨肌、男性骨盆骨、股骨、前列腺靜脈叢、尿道括約肌、會陰中心體、尿道旁腺、盆腔動脈和靜脈的邊界輪廓進行了提取，然后行面繪制三維重建，結構可以單獨和交互顯示。聯(lián)合AMIRA軟件，男性泌尿器官面繪制三維重建模型和其體繪制三維重建的毗鄰結構都能夠得到清晰而正確的顯示。本研究發(fā)現(xiàn)會陰深橫肌并不存在，所謂的會陰深橫肌其實就是尿道括約肌下部。該三維重建模型能夠給醫(yī)學生和年輕的泌尿外科醫(yī)師后期進行男性

7、盆腔虛擬解剖和虛擬外科手術。
　　 在基于數字人女性分割數據集的基礎上，我們對四個CVH年輕女性盆腔的大部分解剖結構被分割和三維重建。我們發(fā)現(xiàn)：肛提肌主要分為恥骨直腸肌和髂骨尾骨肌，髂骨尾骨肌分為內外兩層，內層向下連接聯(lián)合縱肌，向內連接直腸尾骨肌。肛門外括約肌主要分為皮下部和淺部。肛門外括約肌深部其實和直腸尾骨肌為一塊肌肉。尿道括約肌下部包括尿道壓肌和尿道陰道括約肌，尿道壓肌直接連接到了肛提肌。我們沒有發(fā)現(xiàn)會陰深橫肌，所謂的會陰