面向個性化需求的醫(yī)用血管支架數字化設計平臺及其關鍵技術的研究.pdf

1、隨著人民生活水平的提高,心血管疾病發(fā)病率越來越高,心血管狹窄引起的各種血管疾病已經成為嚴重危害人類身體健康的疾病。在冠心病的各種治療方法中,支架植入術因其創(chuàng)傷小、效果好,成為當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象,研究面向個性化需求的血管支架數字化設計平臺及其關鍵技術,重點研究血管狹窄部位個性化數據的獲取、虛擬環(huán)境可視化和工程分析集成技術,開發(fā)應用于血管支架的數字化設計原型系統(tǒng)。本文將如何快速、低成本地設計并

2、制造出高質量、面向具體病人個性化數據的血管支架作為研究的著眼點,把網絡化、數字化手段引入血管支架產品設計和制造過程中。本文的具體研究內容、成果和創(chuàng)新點如下： (1)研究并建立了面向病人血管個性化數據的血管支架數字化設計平臺。應用網絡化、數字化設計技術改造血管支架的生產流程,通過一個面向個性化制造任務的信息共享平臺,將病人、醫(yī)院和生產廠家以及原材料供應商等多部門通過網絡技術和信息技術整合在一起,以滿足血管支架個性化、單品種、變批量

3、生產的需求；在分析其制造特點和需求的基礎上,提出并實現(xiàn)了面向個性化需求的血管支架數字化設計平臺的平臺體系結構,包括網絡拓撲結構、功能框架結構、技術體系結構以及工作流程。 (2)基于高斯灰度模板的血管邊界分割方法,研究并開發(fā)了基于血管影像的支架參數獲取工具。提出了一種針對DSA圖像的基于高斯灰度模板的血管邊界分割方法進行血管的邊緣檢測和跟蹤；對血管狹窄程度的評價體系進行了研究并實現(xiàn)了血管直線狹窄率測量工具；提出了一種基于平面圖形主

4、慣性軸求法的血管輪廓長、短軸獲取方法,進行了血管面積狹窄率的評估和沿軸向的分析,如管腔面積、斑塊面積、偏心度、圓形度、最小外接矩形等；研究并實現(xiàn)了基于MITK的血管直徑和病變長度的測量工具；研究了DICOM協(xié)議的實現(xiàn)方法,提取其中的高精度信息,用于血管測量和建模。 (3)針對血管樹結構的特點提出了新的AMC算法,實現(xiàn)了血管結構的快速三維重建,并建立了應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量體數據場的繪制和顯示

5、基本方法的基礎上,實現(xiàn)了基于斷層輪廓線提取的面繪制,并針對血管樹結構的特點提出了新的AMC算法,利用八叉樹和等值面跟蹤技術進行加速,取得了很好的效果。研究并實現(xiàn)了應用于血管支架的分布式可視化支持環(huán)境。采用新的三維數據格式來進行網絡海量體數據的分發(fā)和傳輸；應用運行于應用層的網絡協(xié)議進行網絡通信,對操作人員屏蔽了不同網絡連接方式下系統(tǒng)的復雜性,使他們不必操心網絡連接的方式,而可以把精力投入到圖像的理解和手術規(guī)劃等具體事務中去,又使系統(tǒng)具有了

6、一定的魯棒性和通用性。 (4)實現(xiàn)了基于IGES和APDL兩種工程數據格式的三維醫(yī)學體數據與工程分析的接口,通過接口將重建的血管三維體數據導出成高精度的工程數據格式,為后面的血管支架耦合分析提供了準確的仿真環(huán)境,同時也為醫(yī)學體數據與工程分析的無縫集成提供了通用的解決方案。 (5)在上述理論研究的基礎上,實現(xiàn)了個性化參數提取工具、血管三維重建工具和血管結構的有限元建模工具,并建立了面向個性化需求的血管支架數字化設計平臺的原型系統(tǒng)W