计算解剖学在腹部疾病诊断及手术中的应用研究

The discipline of computational anatomy covers wide spectrum of medical, biological and mathematical interests. One of the most important features of our project is, however, the certain application-oriented aspect to the computer assisted diagnosis (CAD) and computer-assisted surgery (CAS) on abdominal images. For such applications, computational understanding of medical images based on image segmentation techniques with high accuracy and robustness is expected. Our advancement of medical image segmentation is mainly based on ensemble learning and majority voting that is differ from traditional methods, making the segmentation of organs easier and faster, and most important point is to uniform all the segmentation in one algorithm. Large scale of CT database covered Zhuang's people will be established for the ensemble learning to construct the normal model of abdominal body, which would be also used for surgical planning, simulation and resident's training. By clinical image understanding via such organic anatomy models, abnormal would be detected by such as changes of volume or surface shapes. This work mainly contains several parts: Automatic segmentation of the organ region, vessels and tissues; Establishing the shape model to describe the irregularity of organic surface; 3D visualization and visual surgical planning; and Non-rigid registration based on automaticlly found landmarks.

计算解剖学是将存在个体差异的人体解剖结构用数理统计记述的方法进行模型 化的新兴学科，其含盖了外科手术学、影像学和计算机科学在医学领域的临床研究。本课题 将着重研究计算解剖学在腹部器质性疾病诊断及手术中的应用，建立庞大的腹部图象数据库 以导出适合壮族地区人群的正常腹部器官的分类模型，进而实现对病变器官的检测；设计实现新的脏器抽出及三维重建算法，利用重建的三维图像可进行外科手术的规划和虚拟，也可用于手术教学和训练。我们提出的基于图像的集成学习算法将不仅克服目前传统分割算法中对不同器官要采用不同分割算法的不足，还能有效地解决病变器官的抽出问题。研究内容包括：腹部器官，血管及组织的全自动抽出；三维可视化及虚拟手术的实现；基于自动寻找特征点的非刚性配准等。

本课题着重研究计算解剖学在腹部器质性疾病诊断及手术中的应用，研究内容包括：腹部器官，血管及组织的全自动抽出；三维可视化及虚拟手术的实现；基于自动寻找特征点的非刚性配准等。项目自实施以来进展顺利，基本圆满地完成了预定的主要研究内容，构建了肝脏及内部血管三维可视化及手术平台，可以通过力反馈设备的操纵杆对肝脏进行相应的手术操作；实现了对肝纤维化的无创性分级诊断。开发的软件已应用于3大医院，并在美国的学会上展示；赴日本，美国参加了国际科技合作及多次邀请了合作伙伴来校进行讲学及学术交流活动；培养了多名年轻的研究生以及参加两届国家级大学生创新性实验计划项目的十多名本科生；与国内的医疗器械公司进行了产业化尝试。发表期刊论文14篇，其中SCIE/SSCI收录11篇，会议论文9篇，EI收录3篇。申请4个专利及1个软著；带领学生参加国际会议获得2次最佳论文奖；带领学生参加全国大学生互联大赛2次获得全国奖项，新增1项国自然项目。该项目的研究解决了（1）肝纤维化肝癌早期诊断这个目前临床亟待解决的主要难点；（2）“精准肝脏切除”中的肝脏外科理论这个日益受到关注的外科医生研究热点和难点问题；（3）有效集成肝脏诊疗服务模式为各基层医院服务这个有待解决的重要课题。项目的实施对缓解我国肝病诊疗现状，促进肝纤维化研究进展，肝介入手术技术提升，以及缓解社会压力，提升我国在肝病医疗行业的技术创新能力和国际竞争力，带动临床相关技术发展具有重要意义，经济效益和社会效益明显。通过该课题组织实施，将能为广西在推动实现全民健康等国家重大战略的实施提供有力支撑，加快推动我区乃至全国健康产业的转型升级。