“數(shù)字醫(yī)學”的若干關鍵技術研究——醫(yī)學圖像處理、計算機輔助手術規(guī)劃、個性化醫(yī)療輔具CAD-CAM、與手術導航.pdf

1、隨著數(shù)字化信息技術的不斷進步，人類將醫(yī)學研究與臨床實踐推進到一個前所未有的新高度?！皵?shù)字醫(yī)學”，作為信息技術與醫(yī)學科技的多學科交叉新領域，其理論研究、技術發(fā)展與應用實踐已經(jīng)形成了一門十分活躍、蓬勃發(fā)展的新學科。本文強調(diào)和關注“數(shù)字醫(yī)學”中與臨床相關的數(shù)字醫(yī)療技術研究與應用，在中國博士后科學基金、上海市經(jīng)委產(chǎn)業(yè)化項目等課題的資助下，對其中的關鍵技術--醫(yī)學圖像處理、計算機輔助手術規(guī)劃、個性化醫(yī)療輔具CAD/CAM、與手術導航等領域展開了下

2、列研究： 1、在醫(yī)學圖像處理領域：針對傳統(tǒng)分割方法難以對大數(shù)據(jù)量的，灰度差別不大、界線模糊的軟組織斷層序列醫(yī)學圖像進行有效分割的難題，提出了創(chuàng)新的聯(lián)合分割算法：即先采用閾值和區(qū)域生長結合的方法進行初次分割，然后以改進的分水嶺算法進行精確分割。在此基礎上，開發(fā)完成了MedIMPro(MedicalIMageProcessing)軟件，為特定類型的大數(shù)據(jù)量斷層序列醫(yī)學圖像提供一種較為有效的分割工具，實現(xiàn)圖像的自動分割(人工干預程度極

3、少)和三維建模。 2、在計算機輔助手術規(guī)劃領域：開發(fā)完成了口腔種植手術規(guī)劃軟件與顱頜面整形外科手術規(guī)劃軟件，研究并實現(xiàn)了其中的關鍵算法，包括：Cardinal樣條曲線構建算法、多平面重建(MPR)與曲面重建(CPR)算法、切截面生成算法等。該軟件是實現(xiàn)計算機輔助定位導向模板(口腔種植外科)、定位牙合板(顱頜面整形外科)、以及基于圖像引導的手術導航系統(tǒng)的基礎。 3、在個性化醫(yī)療輔具CAD/CAM領域：提出了“計算機輔助口腔

4、種植外科定位導向模板”的制作流程并加以實現(xiàn)，即：首先利用口腔種植手術規(guī)劃軟件進行術前方案設計，其次利用圖像配準技術將激光掃描牙合面數(shù)據(jù)與CT數(shù)據(jù)相融合，然后完成導向模板的計算機輔助設計，最終采用快速原型技術制成導向模板。在此過程中，提出了SVD結合ICP的圖像配準算法，并以此為基礎，開發(fā)完成了LaserCTReg軟件，實現(xiàn)了激光掃描數(shù)據(jù)與CT數(shù)據(jù)的融合功能。介紹了導向模板針對1例上頜右側部分牙列缺失患者的臨床初步應用情況，驗證了模板的有

5、效性與可靠性。 4、在手術導航領域：開發(fā)完成了口腔種植手術導航系統(tǒng)、與顱頜面整形外科手術導航系統(tǒng)，包括其中的軟、硬件設計與實現(xiàn)，并驗證了系統(tǒng)的總體精度。分別介紹了其各自針對一例上頜骨缺損的顴種植手術、一例顴骨復位翻修手術的臨床應用情況。 本文的研究意義在于： 1、在醫(yī)學圖像處理領域：有效解決了特定類型的大數(shù)據(jù)量斷層序列醫(yī)學圖像分割困難、繁瑣費時、精度難以保障的難題； 2、在計算機輔助手術規(guī)劃與個性化醫(yī)療輔

6、具CAD/CAM領域：不僅在國內(nèi)首次建立了基于CT圖像的計算機輔助口腔種植手術規(guī)劃軟件系統(tǒng)，而且也首次研制出“三維數(shù)字化定位導向模板”，打破了長期以來我們只能依賴進口產(chǎn)品和技術的不利局面，填補了國內(nèi)空白。與國外同類研究相比，我們還通過采用圖像配準技術使精度較高的激光掃描牙合面數(shù)據(jù)與CT圖像相融合，從而研制出高精度“骨-鄰牙聯(lián)合支持型”模板，使得模板定位的精確性更高。由于計算機輔助定位導向模板技術有力減小了種植手術的難度，使口腔種植這類復