心脑血管虚拟内窥镜的研发培育

成果名称

心脑血管虚拟内窥镜的研发培育

单位名称

北京师范大学

联系人

常崇艳

联系邮箱

changcy@bnu.edu.cn

成果成熟度

□研发阶段 √原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产

合作方式

□技术转让 □技术入股 √合作开发 □其他

成果简介：

心脑血管可视化研究是针对人体心脑血管的计算机应用技术。通过对数字化的医学影像的智能处理、数据分析、三维建模、数据可视化，虚拟现实，以充分呈现人体血管的形态特征，方便医生洞察医学数据，应用于医学教学、科研、临床，达到对疾病诊断、病灶检测、辅助治疗的作用。

心脑血管是人体血管中的最典型的代表，心脑血管疾病是当前人类健康的最重要疾病。结合信息科学与生命科学特点，运用计算机最新科技方法对血管的研究，是近年来该领域的研究热点。该领域的研究进展和技术突破，对临床医学、生命科学、病症统计学及预防学等领域的发展将带来重要的影响。由于心脑血管在人体组织中所占比例低，血管成像灰度不均匀，形态复杂且个体差异性大，细小血管间多存在缠绕和遮挡，使得对心脑血管的可视化成为计算机图形学领域中的重要问题。

本项研究针对心脑血管可视化应用领域，主要解决的问题和关键技术包括：

1. 从医学影像中血管信息的提取技术；

2. 医学体数据中血管的三维可视化实时绘制技术

3. 血管数据的三维建模技术、

4. 血管的虚拟内窥技术

5. 三维血管数据的测量技术

6. 异常血管的疾病监测技术

本项研究应用计算机图形学和人工智能技术，重点突破在基于医学图像序列的影像数据精细分割、大规模体数据的实时精细绘制、复杂血管模型的建模，针对脑血管的分层三维可视化、血管的虚拟内窥等关键技术瓶颈，改进了现有的可视化关键算法，开发了系列软件平台，形成了“四层两库”的体系结构。本项研究工作得到了６项国家和北京市的科技计划支持，共发表三大检索论文28篇。

该项研究运用信息技术对医学影像的智能处理，更真实的呈现了人体血管的三维形态特征。研究成果可有效的应用于医学教学、科研、临床，其研究意义重大，应用前景广阔。

应用前景：

医学影像检查的结论通常来自图像后处理医生提供的图像和报告，如果所获得的图像质量非常高，图像后处理难度非常小，那么诊断结论就相对简单、诊断准确性也将很高。然而由于患者心率、造影剂的注射参数、扫描参数、伪影以及对比强度不佳等客观因素以及图像重建水平等主管因素的影像往往使得医学影像检查的结论存在一定的误差，因此亟待通过应用高性能、高质量的医学影像工作站进一步提高图像重建的准确程度，为伪影的甄别和处理和病变组织的识别和判断奠定基础。

在实际工作中，大多数情况下主治医生并不能到影像工作科室去实际完成影像的重建，其诊断还是要依赖于重建医生所提供的图像。重建医生在重建过程中所出现的判断错误，主治医生很难识别，即使有所怀疑，也需要对原始的切片图像进行观察和简单处理以后才能确定。但是，在很多医院，受PACS系统承载能力的限制，不可能把大量的切片图像全都上传到图像服务器，这就给整个诊断过程带来了困难，并将对医学影像工作站的使用造成巨大的负载压力。要解决这样的冲突，就必须增加工作站的数量，然而设备厂商提供的工作站价格十分昂贵，并且一般不为用户提供相应软件开发和的接口个性化服务功能，一定程度影响了工作站的推广和使用。因此具有价格便宜、具有满足用户个性化需要、兼容各类影像数据和工作站、功能完整、重建质量高、操作简单、具有可编程开放接口等特点的医学影像工作站将成为未来的发展方向。

知识产权及项目获奖情况：

本项目在多项关键技术中，具有自主知识产权的研究成果

专利与软著情况，形成6项软件著作权，1项专利

6项软件著作权

1、 脑血管医学图像分割系统

2、 脑血管分割及医学虚拟内窥检查系统

3、 基于PSO的统计脑血管分割系统

4、 脑血管三维可视化虚拟融合系统

5、 心脑血管数据库管理系统

6、 三维脑血管模型动态压缩处理

1项专利

1、 基于球B样条曲线的三维血管模型构造方法

10项国家、部委、省、市专项计划支持

1、 国家自然科学基金《基于医学图像的数据挖掘技术研究》（60372072）已结题

2、 北京自然科学基金重点项目《虚拟环境中脑血管可视化、导航和监测技术》（4081002）已验收

3、 首都科技条件平台项目《心脑血管虚拟内窥镜的研发培育》(Z131110000613062) 已验收

4、 国家自然科学基金项目《盘B样条和球B样条造型的理论及其应用》(61170170) 在研

5、 国家自然科学基金项目《脑血管兴趣区域提取关键技术研究》(61271366) 在研

6、 国自然面上基金《基于CTA影像数据的3D冠脉狭窄自动检测及其量化评估研究》(61472042) 在研

7、 国自然青基《基于球B样条的Willis环建模、分割及定位关键技术研究》(60803082）已结题

8、 国自然青基《基于统计分割的脑血管三维模型重构研究》(61003134) 已结题

9、 国家重点实验室项目《交互式实时虚拟内窥镜算法研究》（SYSKF0107 》已结题

10、 博士后基金《三维血管的重构技术研究》已结题