面向個(gè)性化需求的醫(yī)用血管支架數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、隨著人民生活水平的提高,心血管疾病發(fā)病率越來(lái)越高,心血管狹窄引起的各種血管疾病已經(jīng)成為嚴(yán)重危害人類(lèi)身體健康的疾病。在冠心病的各種治療方法中,支架植入術(shù)因其創(chuàng)傷小、效果好,成為當(dāng)前治療心血管狹窄的新型方法。 本文以血管支架作為研究對(duì)象,研究面向個(gè)性化需求的血管支架數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)及其關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)研究血管狹窄部位個(gè)性化數(shù)據(jù)的獲取、虛擬環(huán)境可視化和工程分析集成技術(shù),開(kāi)發(fā)應(yīng)用于血管支架的數(shù)字化設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)。本文將如何快速、低成本地設(shè)計(jì)并

2、制造出高質(zhì)量、面向具體病人個(gè)性化數(shù)據(jù)的血管支架作為研究的著眼點(diǎn),把網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化手段引入血管支架產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中。本文的具體研究?jī)?nèi)容、成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)研究并建立了面向病人血管個(gè)性化數(shù)據(jù)的血管支架數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)改造血管支架的生產(chǎn)流程,通過(guò)一個(gè)面向個(gè)性化制造任務(wù)的信息共享平臺(tái),將病人、醫(yī)院和生產(chǎn)廠(chǎng)家以及原材料供應(yīng)商等多部門(mén)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)整合在一起,以滿(mǎn)足血管支架個(gè)性化、單品種、變批量

3、生產(chǎn)的需求；在分析其制造特點(diǎn)和需求的基礎(chǔ)上,提出并實(shí)現(xiàn)了面向個(gè)性化需求的血管支架數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的平臺(tái)體系結(jié)構(gòu),包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功能框架結(jié)構(gòu)、技術(shù)體系結(jié)構(gòu)以及工作流程。 (2)基于高斯灰度模板的血管邊界分割方法,研究并開(kāi)發(fā)了基于血管影像的支架參數(shù)獲取工具。提出了一種針對(duì)DSA圖像的基于高斯灰度模板的血管邊界分割方法進(jìn)行血管的邊緣檢測(cè)和跟蹤；對(duì)血管狹窄程度的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行了研究并實(shí)現(xiàn)了血管直線(xiàn)狹窄率測(cè)量工具；提出了一種基于平面圖形主

4、慣性軸求法的血管輪廓長(zhǎng)、短軸獲取方法,進(jìn)行了血管面積狹窄率的評(píng)估和沿軸向的分析,如管腔面積、斑塊面積、偏心度、圓形度、最小外接矩形等；研究并實(shí)現(xiàn)了基于MITK的血管直徑和病變長(zhǎng)度的測(cè)量工具；研究了DICOM協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法,提取其中的高精度信息,用于血管測(cè)量和建模。 (3)針對(duì)血管樹(shù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了新的AMC算法,實(shí)現(xiàn)了血管結(jié)構(gòu)的快速三維重建,并建立了應(yīng)用于血管支架的分布式可視化支持環(huán)境。在研究血管圖像三維標(biāo)量體數(shù)據(jù)場(chǎng)的繪制和顯示

5、基本方法的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了基于斷層輪廓線(xiàn)提取的面繪制,并針對(duì)血管樹(shù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了新的AMC算法,利用八叉樹(shù)和等值面跟蹤技術(shù)進(jìn)行加速,取得了很好的效果。研究并實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于血管支架的分布式可視化支持環(huán)境。采用新的三維數(shù)據(jù)格式來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)海量體數(shù)據(jù)的分發(fā)和傳輸；應(yīng)用運(yùn)行于應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信,對(duì)操作人員屏蔽了不同網(wǎng)絡(luò)連接方式下系統(tǒng)的復(fù)雜性,使他們不必操心網(wǎng)絡(luò)連接的方式,而可以把精力投入到圖像的理解和手術(shù)規(guī)劃等具體事務(wù)中去,又使系統(tǒng)具有了

6、一定的魯棒性和通用性。 (4)實(shí)現(xiàn)了基于IGES和APDL兩種工程數(shù)據(jù)格式的三維醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)與工程分析的接口,通過(guò)接口將重建的血管三維體數(shù)據(jù)導(dǎo)出成高精度的工程數(shù)據(jù)格式,為后面的血管支架耦合分析提供了準(zhǔn)確的仿真環(huán)境,同時(shí)也為醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)與工程分析的無(wú)縫集成提供了通用的解決方案。 (5)在上述理論研究的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化參數(shù)提取工具、血管三維重建工具和血管結(jié)構(gòu)的有限元建模工具,并建立了面向個(gè)性化需求的血管支架數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的原型系統(tǒng)W