“數(shù)字醫(yī)學(xué)”的若干關(guān)鍵技術(shù)研究——醫(yī)學(xué)圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃、個(gè)性化醫(yī)療輔具CAD-CAM、與手術(shù)導(dǎo)航.pdf

1、隨著數(shù)字化信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類(lèi)將醫(yī)學(xué)研究與臨床實(shí)踐推進(jìn)到一個(gè)前所未有的新高度?！皵?shù)字醫(yī)學(xué)”，作為信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)科技的多學(xué)科交叉新領(lǐng)域，其理論研究、技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)形成了一門(mén)十分活躍、蓬勃發(fā)展的新學(xué)科。本文強(qiáng)調(diào)和關(guān)注“數(shù)字醫(yī)學(xué)”中與臨床相關(guān)的數(shù)字醫(yī)療技術(shù)研究與應(yīng)用，在中國(guó)博士后科學(xué)基金、上海市經(jīng)委產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目等課題的資助下，對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)--醫(yī)學(xué)圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃、個(gè)性化醫(yī)療輔具CAD/CAM、與手術(shù)導(dǎo)航等領(lǐng)域展開(kāi)了下

2、列研究： 1、在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域：針對(duì)傳統(tǒng)分割方法難以對(duì)大數(shù)據(jù)量的，灰度差別不大、界線(xiàn)模糊的軟組織斷層序列醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)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(zhǎng)結(jié)合的方法進(jìn)行初次分割，然后以改進(jìn)的分水嶺算法進(jìn)行精確分割。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)完成了MedIMPro(MedicalIMageProcessing)軟件，為特定類(lèi)型的大數(shù)據(jù)量斷層序列醫(yī)學(xué)圖像提供一種較為有效的分割工具，實(shí)現(xiàn)圖像的自動(dòng)分割(人工干預(yù)程度極

3、少)和三維建模。 2、在計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃領(lǐng)域：開(kāi)發(fā)完成了口腔種植手術(shù)規(guī)劃軟件與顱頜面整形外科手術(shù)規(guī)劃軟件，研究并實(shí)現(xiàn)了其中的關(guān)鍵算法，包括：Cardinal樣條曲線(xiàn)構(gòu)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助定位導(dǎo)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(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 3、在個(gè)性化醫(yī)療輔具CAD/CAM領(lǐng)域：提出了“計(jì)算機(jī)輔助口腔

4、種植外科定位導(dǎo)向模板”的制作流程并加以實(shí)現(xiàn)，即：首先利用口腔種植手術(shù)規(guī)劃軟件進(jìn)行術(shù)前方案設(shè)計(jì)，其次利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)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(dǎo)向模板的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，最終采用快速原型技術(shù)制成導(dǎo)向模板。在此過(guò)程中，提出了SVD結(jié)合ICP的圖像配準(zhǔn)算法，并以此為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)完成了LaserCTReg軟件，實(shí)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(dǎo)向模板針對(duì)1例上頜右側(cè)部分牙列缺失患者的臨床初步應(yīng)用情況，驗(yàn)證了模板的有

5、效性與可靠性。 4、在手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域：開(kāi)發(fā)完成了口腔種植手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)、與顱頜面整形外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括其中的軟、硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并驗(yàn)證了系統(tǒng)的總體精度。分別介紹了其各自針對(duì)一例上頜骨缺損的顴種植手術(shù)、一例顴骨復(fù)位翻修手術(shù)的臨床應(yīng)用情況。 本文的研究意義在于： 1、在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域：有效解決了特定類(lèi)型的大數(shù)據(jù)量斷層序列醫(yī)學(xué)圖像分割困難、繁瑣費(fèi)時(shí)、精度難以保障的難題； 2、在計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)規(guī)劃與個(gè)性化醫(yī)療輔

6、具CAD/CAM領(lǐng)域：不僅在國(guó)內(nèi)首次建立了基于CT圖像的計(jì)算機(jī)輔助口腔種植手術(shù)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(dǎo)向模板”，打破了長(zhǎng)期以來(lái)我們只能依賴(lài)進(jìn)口產(chǎn)品和技術(shù)的不利局面，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。與國(guó)外同類(lèi)研究相比，我們還通過(guò)采用圖像配準(zhǔn)技術(shù)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(jì)算機(jī)輔助定位導(dǎo)向模板技術(shù)有力減小了種植手術(shù)的難度，使口腔種植這類(lèi)復(fù)