骨盆骨折虚拟手术系统的初步研究
目的：由于传统的二维图像在疾病分析、诊断和手术规划时对立体结构表现不佳，因此，目前准确地诊治复杂的骨盆骨折仍然是对广大骨外科医生的一大挑战。令人欣喜的是，计算机断层扫描技术、医学图像处理技术和三维重建技术的飞速发展给现代医学带来了一场技术革命。采用适当的计算机硬件及软件环境，三维图像重建技术不仅可以用来辅助诊断疾病，还使手术的精确规划和模拟成为可能。鉴于此，我们希望能建立一个用于治疗骨盆骨折的计算机辅助虚拟手术系统，以期能够帮助临床骨外科医生准确地诊断和治疗骨盆骨折，从而促进骨盆骨折诊治水平的提高。 方法：系统是以Windows XP操作系统为操作平台，利用面向对象的计算机编程语言Visual C++6.0和VTK工具包开发实现。整个软件系统的设计遵从了面向对象的指导思想，从而保证了系统的模块化和系统的可维护性。由于模块具有良好的接口，因此保证了系统的可持续开发性。本研究内容共包括两个部分： 1．骨盆三维模型的建立： 首先将CT工作站扫描骨盆区域得到DICOM图像数据转移到研究组的计算机中，然后对这些原始的DICOM数据图像进行二维和三维预处理，包括轮廓的生成、去噪等，再采用移动立方体法(Marching CubesAlgorithm，简称MC算法)建立骨盆骨组织三维模型。在采用VTK工具包进行三维模型表面处理和简化运算后，系统利用OpenGL工具进行重建模型的显示。重建后得到的骨盆三维模型可以绕任意轴旋转从而使使用者能以任意视角对其进行观察。 2．骨盆骨折的手术规划和模拟： 使用已建立的骨盆三维模型，在根据骨折情况交互地设定好接骨板长度和拟放置位置后，可利用Visual C++6.0编写的接骨板塑型模块，让计算机自动进行接骨板的三维塑型。塑型后的接骨板模型可以放置于骨盆模型的拟固定位置处以检查两者的贴合状况。贴合状况满意的三维接骨板模型可以通过快速成型技术或其他成型技术生成实体的接骨板模型或通过CAM技术(Computer Aided Manufacturing Technology)直接生产出手术用的接骨板。结果：本研究基于CT扫描断层图象首先实现了骨盆结构的三维重建，重建后的三维模型逼真细腻，能较好地显示骨盆结构的细节，并可以沿任意轴旋转，便于外科医生进行全面细致的观察。在此基础上，我们成功地进行了骨盆骨折手术的规划和模拟。利用此骨盆三维立体模型，在交互地设定好接骨板固定路径后，使用我们编程开发的接骨板塑型模块实现了接骨板模型的塑型，从而得到了需要的接骨板三维塑型模型。将塑型后的接骨板模型放在拟固定位置处检查两者的贴合状况，发现两者贴合满意。 结论：通过面向对象的编程技术，可开发出用于骨盆骨折手术计划和手术模拟的虚拟手术系统。骨盆的CT扫描断层图像经相应的处理后，利用三维重建技术可得到准确、细腻、逼真的三维骨盆模型。利用接骨板塑型软件模块，可对虚拟接骨板进行塑型而得到可用于指导接骨板生产的三维虚拟接骨板模型。
- 作者：
- 高春林
- 学位授予单位：
- 大连医科大学
- 专业名称：
- 外科学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2007年
- 导师姓名：
- 汤欣
- 中图分类号：
- R683.3
- 关键词：
- 骨盆骨折；计算机断层扫描技术；学图像处理技术；三维重建技术
- virtual reality；pelvic fracture；computer graphics；three dimensional model；surgical planning