基于高精度断层图片数据集的大鼠动脉血管重建

目的基于微米级大鼠断层图片数据集,建立高精度的大鼠动脉血管的三维模型,为各种监测鼠血管组织形态变化的试验提供客观依据。方法采用一套高分辨率大鼠断层切片图像数据集,使用半自动交互方法对动脉血管进行分割,使用改进的移动立方体(marching cube,MC)算法,在一台IBM图形工作站上对80 GByte大小的血管图片数据集进行重建。结果建立了完整的高精度大鼠动脉血管的三维表面模型,能显示出0.4mm大小的微细血管。结论该大鼠动脉血管三维模型可以为观测试验鼠血管组织形态变化提供一个立体的空间比较标准。     

三维DSA在颅内动脉瘤中的应用

目的 探讨三维数字减影血管造影(3D DSA)在颅内动脉瘤中的应用价值.方法 使用 GE Innova 3100平板血管造影机对40例疑似颅内动脉瘤患者行双侧颈内、外动脉和双侧椎动脉正、侧位2D DSA,进一步对感兴趣血管行3D DSA,通过容积再现(VR)进行颅内血管重建.结果 3D DSA检出39例动脉瘤患者,47枚动脉瘤,2D DSA检出31例动脉瘤患者,35枚动脉瘤,二者检出动脉瘤的长、短径无统计学差异(P>0.05),图像质量有统计学差异(P<0.05).2D DSA出现假阳性动脉瘤3枚,假阴性动脉瘤15枚,评估颅内动脉瘤的灵敏度为78.9%,特异性为85.2%;3D DSA没有出现假阳性、假阴性动脉瘤,评估颅内动脉瘤的灵敏度为100%,特异性为100%.在动脉瘤形态、瘤颈尺寸及与相邻血管间的关系的显示上,3D DSA明显优于2D DSA.结论 3D DSA作为脑动脉造影中2D DSA的进一步补充,对颅内动脉瘤的诊断与治疗具有重要价值.     

基于多孔介质模型的血流导向装置栓塞颅内动脉瘤的敏感性

目的 应用计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）技术模拟不同血流导向装置（flow diverter, FD）参数对血流动力学的影响,为术前制定合理治疗策略提供可行方法。方法 运用多孔介质模型模拟FD置入动脉瘤的过程,针对特定FD（Tubridge）计算其自身特有的多孔介质动量源参数（渗透率、惯性阻力）初始值。比较不同动量源参数值（初始值80%、90%、100%、110%、120%）情况下血流速度、壁面剪切应力（wall shear stress, WSS）、体积流量、瘤顶压力等血流动力学参数的变化,并进行多孔介质模型针对病人特异性颅内动脉瘤（intracranial aneurysm, IA）血流动力学参数的敏感性分析。结果 IA各血流动力学参数对多孔介质模型渗透率的敏感性为：载瘤动脉WSS＞瘤体WSS＞瘤顶压力,而各参数均对惯性阻力的敏感性较低。结论 应用多孔介质模型能够通过选择不同的渗透率参数模拟不同FD金属覆盖率（metal coverage, MC）,对不同MC的FD进行建模需要调整特定的渗透率设置。     

颅内动脉瘤径颈比对瘤体与分支血管血流动力学影响的数值模拟研究

动脉瘤的血流动力学是影响其生长与破裂的重要因素,尤其是形态学参数径颈比(aspect ratio,AR,瘤体长径/瘤颈宽度)对其血流动力学影响较大。本研究使用基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术的ANSYS 16.0软件包,数值仿真分析了不同径颈比对颅内动脉瘤瘤体与分支血管血流动力学的影响,为临床上制定合理的形态学与血流动力学指标来筛选高危的动脉瘤患者,并进行积极的干预治疗提供一定的理论依据。通过使用空间直角坐标系建立径颈比为3.33、2.5、2、1.67、1.43、1.25的理想颅内动脉瘤几何模型,分析和比较了包括血液流场与涡量分布、流速与流量、壁面压力、壁面切应力(wall shear stress,WSS)、瘤颈近远侧端与分支血管剪切应变率(shear strain rate,SSR)在内的血流动力学参数。数值模拟结果给出了动脉瘤与分支血管内的流线图、涡核图、压力分布云图、WSS分布云图以及随X轴变化的流速与压力峰值分布曲线。分析得出,径颈比决定瘤内血流模式,径颈比减小,瘤顶的流速与SSR增大,瘤壁上的压力与WSS增大,分支血管壁上的压力增大,且WSS/SSR瘤颈远侧端>WSS/SSR瘤颈近侧端>WSS/SSR分支血管中心,涡核区域由瘤体远侧壁增大至覆盖整个动脉瘤,但对分支血管内血流的阻碍作用减小。     

医学图像三维重建的加速技术

利用二维切片数据重建三维结构,在医学领域有着重要的作用.在大数据量的情况下,等值面抽取的计算效率是富有挑战性的课题.本文介绍了八叉树加速算法,以及一个从轮廓线抽取三维模型的新加速算法,该算法着眼于减少对网格点的访问次数,对网格点访问一次就建立所有cube单元的索引值、所有cube棱边上的插值点等信息.最后针对相同的数据分别使用这两种加速算法和传统MC方法进行了比较.从实验结果看,这两种算法大大加速了传统的移动立方体(marching cubes)方法,特别是在大数据量时,加速效果非常明显.     

影响颅内小型动脉瘤破裂的影像解剖特征分析

目的 探讨颅内小型动脉瘤的破裂与其影像解剖特征的关系,建立动脉瘤破裂风险评分的预测模型,为颅内小型动脉瘤破裂高危患者的早期识别干预提供参考。方法 回顾性分析2015年1月—2020年5月郑州大学附属郑州中心医院经头颈CT血管造影或全脑血管造影证实的182例颅内小型动脉瘤(最大径＜5 mm)患者的临床资料,其中男62例、女120例,年龄31~83(56.85±11.51)岁,动脉瘤破裂组95例、未破裂组87例。两组患者动脉瘤的部位、形状、有无子囊、生长方向及相关解剖学参数等临床特征和影像解剖特征的比较采用单因素分析方法;动脉瘤破裂的独立危险因素分析采用多因素logistic分析方法,建立动脉瘤破裂的影像解剖特征的预测模型。结果 两组患者基线资料比较差异均无统计学意义(P值均＞0.05)。单因素分析显示,两组间动脉瘤部位、瘤壁形状、子囊、入射夹角、瘤高与瘤颈的比值(AR)差异均有统计学意义(P值均＜0.05)。多因素logistic回归分析显示,有子囊、入射夹角＞117.75°、AR值＞1.65是动脉瘤破裂的独立危险因素(P值均＜0.01)。根据logistic预测模型,其动脉瘤破裂风险评分(R),受试者操作特征曲线下面积为0.812(95%可信区间0.750~0.874,P＜0.01),R=2为最佳截断值,灵敏度72.6%,特异度78.2%。结论 颅内小型未破裂动脉瘤患者符合以下两种及两种以上影像解剖特征者,即动脉瘤位于颈内动脉后交通段或前交通动脉、瘤壁不规则、有子囊、入射夹角＞117.75°、AR值＞1.65等,为动脉瘤破裂的高危人群。     

基于CT重建颅内动脉瘤非稳态血流分析

选择Navier-Stokes方程作为颅内动脉瘤三维重建模型的不可压缩血液流动的数学模型,使用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的方法对颅内动脉瘤模型进行非牛顿(non-Newtonian fluid)模型的非定常流的数值模拟。计算3个心跳脉动周期的数值,认为第三个心跳脉动周期为稳定周期并选择第三个周期为研究对象。分析了稳定周期内不同时刻血液动力学特性参数分布情况对颅内动脉瘤的形成、生长和破裂的影响。并将此结果与牛顿(Newtonian fluid)血液模型的流线、壁面剪切力、壁面压力分布特性进行对比。结果显示,非牛顿流体血液模型比牛顿血液模型更有可信度,比较符合真实血液的流动特性,在血液流动的心跳脉动周期内,非牛顿流体的(速度、压力、壁面剪切力等)分布更加平滑。过高的壁面剪切力会直接造成动脉瘤区域处破裂,过低的壁面剪切力会使血液的营养成为和代谢物遗留在血管区域导致血液粥样化的形成。     

管道骨骼线三维重建在肝脏可视化的应用

目的 研究三维重建数字化虚拟肝脏的方法.方法 将肝脏管道灌注后的肝脏标本进行螺旋CT扫描,获取CT扫描连续图像数据集.然后使用面绘制移动立方体(MC)算法重建肝脏及其内部管道结构表面模型,并对模型进行平滑和简化.确定出管道树上的关键节点,并使用改进的种子生长法生成管道树.将生成管道的表面模型和管道树相结合实现交互式分析.结果 肝脏管道灌注和铸型良好,螺旋CT扫描获取连续肝脏断面图像数据集242张.基于骨骼线提取的肝脏管道结构三维重建肝脏模型形态逼真,交互性强,通过设定各结构的透明度和颜色能单独或组合显示肝脏、肝静脉和下腔静脉、门静脉、胆囊,并可通过旋转、放大、缩小模型观察各结构.结论 基于肝脏管道骨骼线的方法进行肝脏及其管道系统三维重建可视化肝脏,生成肝脏和内部管道系统,立体空间感强,交互性好.     

管道骨骼线三维重建在肝脏可视化的应用

目的 研究三维重建数字化虚拟肝脏的方法.方法 将肝脏管道灌注后的肝脏标本进行螺旋CT扫描,获取CT扫描连续图像数据集.然后使用面绘制移动立方体(MC)算法重建肝脏及其内部管道结构表面模型,并对模型进行平滑和简化.确定出管道树上的关键节点,并使用改进的种子生长法生成管道树.将生成管道的表面模型和管道树相结合实现交互式分析.结果 肝脏管道灌注和铸型良好,螺旋CT扫描获取连续肝脏断面图像数据集242张.基于骨骼线提取的肝脏管道结构三维重建肝脏模型形态逼真,交互性强,通过设定各结构的透明度和颜色能单独或组合显示肝脏、肝静脉和下腔静脉、门静脉、胆囊,并可通过旋转、放大、缩小模型观察各结构.结论 基于肝脏管道骨骼线的方法进行肝脏及其管道系统三维重建可视化肝脏,生成肝脏和内部管道系统,立体空间感强,交互性好.     

管道骨骼线三维重建在肝脏可视化的应用

目的 研究三维重建数字化虚拟肝脏的方法.方法 将肝脏管道灌注后的肝脏标本进行螺旋CT扫描,获取CT扫描连续图像数据集.然后使用面绘制移动立方体(MC)算法重建肝脏及其内部管道结构表面模型,并对模型进行平滑和简化.确定出管道树上的关键节点,并使用改进的种子生长法生成管道树.将生成管道的表面模型和管道树相结合实现交互式分析.结果 肝脏管道灌注和铸型良好,螺旋CT扫描获取连续肝脏断面图像数据集242张.基于骨骼线提取的肝脏管道结构三维重建肝脏模型形态逼真,交互性强,通过设定各结构的透明度和颜色能单独或组合显示肝脏、肝静脉和下腔静脉、门静脉、胆囊,并可通过旋转、放大、缩小模型观察各结构.结论 基于肝脏管道骨骼线的方法进行肝脏及其管道系统三维重建可视化肝脏,生成肝脏和内部管道系统,立体空间感强,交互性好.