复杂性肾结石数字化诊断与3D打印研究与应用

Western Hunan is a high incidence area of urinary calculi in China. Complex Renal Calculi are the most typical ones endangering people’s health. Owing to the various structures and contributing factors of urinary calculi, the treatment thereof is not always satisfactory. This research has investigated into the computer-assisted renal calculi diagnosis and analysis, developed an intelligent image segmentation technique, and automatically withdrawn the internal anatomic structures of kidneys and distribution of calculi, which finally produced a high-precision reconstructed 3D model. This research has invented an intelligent pathology detection based on the scanned pictures of renal calculi, and self-evaluation system for the effects of different treatment stages, which provides new parameters for clinical diagnosis and treatment thereof. Based on the digitalized 3D reconstruction and symptoms analysis, combined with the latest 3D printing, this research has proposed the standard printing procedures for the high-precision 3D model of renal calculi, which make operation rehearsal on material model possible, and therefore the best operation plan can be tested and finally employed. This research results will promote the clearance rates of renal calculi, lower the risks of operation-related complications and harmonize the doctor-patient relationship.

湘西地区是全国泌尿系结石的高发地区，而复杂性肾结石是泌尿系结石中对人民群众身体健康危害最大的一类结石。由于复杂性肾结石结构及成因比较复杂，治疗效果往往不尽人意。本项目将深入研究复杂性肾结石的计算机辅助诊断分析技术，开发智能的医学图像分割方法，自动提取肾脏器官内部各部分解剖结构和肾结石的兴趣区域，得到高精度的三维重建模型; 同时，研究专门针对肾结石病症扫描图像进行智能病变检测的方法，和对不同治疗时期的肾结石疾病治疗效果进行自动评价分析的方法，为临床诊断治疗提供新的技术参考。在数字化三维重建与病症分析的基础上，结合最新的3D打印技术，研究肾结石三维模型的标准化打印流程，按真实结构对肾结石三维模型进行高精度打印, 在实物模型上进行手术演练，制定最优的手术方案。本项目的研究成果将有助于提高肾结石手术的成功率，降低手术相关并发症的发生，改善医患关系，对湘西地区卫生事业的发展具有实际意义。

项目以肾结石诊断治疗为应用背景，研究基于计算机数字图像处理技术的医学图像辅助诊断技术，提出新的医学图像处理算法。.1）研究医学图像分割功能，能高效获取器官组织；能对器官组织模型进行纵切、横切等不同断面重建，得到标准化的三维重建模型。.2）通过统计、图像分析等方法分析数据得到数据库的统计分析模型；研究医学图像分割、融合、增强、三维重建的算法模型和特点，提出改进的研究思路和方案；研究器官组织病变的自动诊断技术，完成病变区域组织候选区域的自动提取，自动提取反映病变区域性质的特征，，对患者的序列影像自动进行肾结石检测、特征提取，完成肾结石的自动检测与诊断。.3）研究人体组织三维模型的标准化打印流程，得到最优化的适合3D打印的数字化模型。.经过四年工作，发表SCI、EI论文10篇，取得（申请）各类型专利17项； 8项；协助培养博士1名，培养硕士研究生2名。