數(shù)字醫(yī)學與數(shù)字電子技術基礎課件

數(shù)字醫(yī)學與數(shù)字電子

（DigitalMedicine&DigitalElectronics）數(shù)字醫(yī)學概述及其與數(shù)字電子的關系1精品課件數(shù)字醫(yī)學與數(shù)字電子

（DigitalMedicine&1何為數(shù)字醫(yī)學？源于美國威斯康星大學斯萊克（W.V.Slack）所著Cybermedicine:howcomputingempowersdoctorsandpatientsforbetterhealthcare（計算機如何幫助醫(yī)生和病人提高醫(yī)療質(zhì)量）一書；前綴Cyber，表示經(jīng)由計算機技術、信息處理技術或互聯(lián)網(wǎng)技術調(diào)控的事物，賽博醫(yī)學（Cybermedicine）就是將計算機技術、信息處理技術或互聯(lián)網(wǎng)技術廣泛應用于醫(yī)療領域的數(shù)字醫(yī)學。2精品課件1何為數(shù)字醫(yī)學？源于美國威斯康星大學斯萊克（W.V.Sla2數(shù)字醫(yī)學的定義2003年，鐘世鎮(zhèn)院士所編《數(shù)字人與數(shù)字解剖學》中稱“數(shù)字人和數(shù)字解剖學是數(shù)字醫(yī)學的基礎，將為現(xiàn)代醫(yī)學研究提供新的方法和手段”；2008年，戴尅戎院士給出“數(shù)字醫(yī)學是應用數(shù)字化技術，解釋醫(yī)學現(xiàn)象、解決醫(yī)學問題、探討醫(yī)學機理、提高生命質(zhì)量的一門科學”的定義，獲得國內(nèi)眾多院士的贊同。3精品課件2數(shù)字醫(yī)學的定義2003年，鐘世鎮(zhèn)院士所編《數(shù)字人與數(shù)字解3數(shù)字化人體研究

——數(shù)字醫(yī)學應用的基礎數(shù)字化人體研究已從最初單純的人體數(shù)據(jù)集的構建逐步向數(shù)字解剖學及其實際應用方向發(fā)展；研究重點大致集中在特殊人體組織如神經(jīng)、淋巴與微小器官信息的獲取，圖像分割和重建技術，網(wǎng)格計算存儲與數(shù)據(jù)同步共享，醫(yī)學及其相關領域的應用等。4精品課件3數(shù)字化人體研究

——數(shù)字醫(yī)學應用的基礎數(shù)字化人體研究已從3.1國內(nèi)的相關研究機構復旦大學數(shù)字醫(yī)學研究中心；上海交通大學數(shù)字醫(yī)學研究院；第三軍醫(yī)大學數(shù)字醫(yī)學研究所；浙江大學數(shù)字醫(yī)療工程研究中心；南方醫(yī)科大學數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學研究所；眾多的研究目的已將數(shù)字醫(yī)學的應用范圍擴展到數(shù)字醫(yī)院、數(shù)字醫(yī)學工程、數(shù)字醫(yī)療技術、數(shù)字化基礎醫(yī)學研究等各個方面。5精品課件3.1國內(nèi)的相關研究機構復旦大學數(shù)字醫(yī)學研究中心；5精品課3.2數(shù)字化人體研究

的主要方向人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構建；手術演練和教學的解剖模型軟件的開發(fā)；用于臨床的個性化解剖模型的構建和數(shù)據(jù)融合；數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫的構建和數(shù)據(jù)共享。6精品課件3.2數(shù)字化人體研究

的主要方向人體特殊組織信息的獲取和數(shù)3.2.1人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構建人體特殊組織如血管、神經(jīng)和淋巴等的信息標識和分割是數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集構建的難點，國內(nèi)采用人體管道灌注技術，已基本完成血管的標識，最小直徑為0.02毫米，但神經(jīng)和淋巴等的信息標識任未解決；數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的構建分為宏觀建模和微觀建模兩部分，前者側重于形態(tài)結構，后者側重于生理功能，可分為局部器官建模、顯微建模等。7精品課件3.2.1人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構3.2.2數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集構建

的研究進展南方醫(yī)科大學采用肝臟數(shù)據(jù)集進行了肝臟腫瘤的術式和治療研究；廈門大學采用顯微建模技術構建了數(shù)字眼球數(shù)據(jù)集，并開發(fā)了基于數(shù)字化眼球技術的裂隙燈等應用醫(yī)療檢測設備；中國醫(yī)科大學采用顯微建模技術構建了小鼠的腎小管，并對其進行了相應的生理研究。8精品課件3.2.2數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集構建

的研究進展南方醫(yī)科大學3.2.3手術演練和教學的解剖模型

軟件的開發(fā)數(shù)字解剖模型是數(shù)字解剖學用于醫(yī)學基礎學科研究的基本內(nèi)容，數(shù)字解剖模型的構建是數(shù)字人研究的第一步，通過對數(shù)據(jù)的辨識和分割，可構建出各類滿足特定研究需要的模型；現(xiàn)階段數(shù)字解剖模型軟件的研發(fā)特點：由單一的結構器官辨識向系統(tǒng)解剖方向發(fā)展，有平面顯示向三位方向發(fā)展，由“只能看”向“還能動”的虛擬解剖方向發(fā)展。9精品課件3.2.3手術演練和教學的解剖模型

軟件的開發(fā)數(shù)字解剖模型3.2.4國內(nèi)采用中國數(shù)字人數(shù)據(jù)集構建解剖模型的高等院校香港中文大學、香港理工大學、北京大學、清華大學、復旦大學、浙江大學、上海交通大學、中科技大學、東南大學、中國科技大學、第三軍醫(yī)大學、首都醫(yī)科大學、廈門大學、南方醫(yī)科大學、同濟大學、深圳大學、上海中醫(yī)藥大學等；隨著力反饋器械的研制成功和完善，外科醫(yī)生和醫(yī)學生可以通過數(shù)字解剖模型軟件和力反饋器械隨時進行人體或手術部位的虛擬解剖和演練，而不受到倫理約束和標本匱缺的影響。10精品課件3.2.4國內(nèi)采用中國數(shù)字人數(shù)據(jù)集構建解剖模型的高等院校香3.2.5用于臨床的個性化解剖模型

的構建和數(shù)據(jù)融合數(shù)字解剖的最終目的是通過虛擬現(xiàn)實技術，建立用于臨床的解剖人體結構模型；臨床解剖人體結構模型的構建顯然不能采用構建數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的人體切削和圖像分割的方法，需要運用數(shù)據(jù)融合技術，將采集到的具有患者特性的醫(yī)學圖像與已有的數(shù)字模擬人融合，構建出患者的個性化模型；這項融合工作是有限標本數(shù)據(jù)與大規(guī)模統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結合。11精品課件3.2.5用于臨床的個性化解剖模型

的構建和數(shù)據(jù)融合數(shù)字解3.2.6數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫

的構建和數(shù)據(jù)共享數(shù)字化人體數(shù)據(jù)庫可分成基本數(shù)據(jù)庫（原始數(shù)據(jù)庫）、二次數(shù)據(jù)庫（分割數(shù)據(jù)庫）和功能數(shù)據(jù)庫（賦值數(shù)據(jù)庫）；基本數(shù)據(jù)庫的目的是按需對數(shù)據(jù)集進行分割并賦值以產(chǎn)生能夠直接使用的二次數(shù)據(jù)庫，如分割出人體骨骼；二次數(shù)據(jù)庫的目的是將數(shù)據(jù)用于各自不同用途的研究，如將人體骨骼用于構建關于人體骨骼的解剖學教學軟件，它將通過對數(shù)據(jù)的一級分割（按器官）、二級分割（按系統(tǒng)）、三級分割（按功能）、四級分割（按結構）而逐步完善，二次數(shù)據(jù)庫的構建和人體標準坐標系的建立是實現(xiàn)數(shù)字化人體應用的關鍵之處；在二次數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過對數(shù)據(jù)的賦值建立起數(shù)字人功能數(shù)據(jù)庫，它是數(shù)據(jù)庫的最高形式，內(nèi)容除數(shù)字人數(shù)據(jù)外，還包括人體生物力學、生理、組織工程等參數(shù)。12精品課件3.2.6數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫

的構建和數(shù)據(jù)共享數(shù)字化人體4外科精準手術

——數(shù)字醫(yī)學應用的重要方向隨著數(shù)字醫(yī)學技術在醫(yī)學應用領域的延伸以及醫(yī)用X射線、計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像（MRI）和正電子發(fā)射X射線層析攝影（PET）等醫(yī)學影像獲取設備的應用，催生了一個全新的手術模式——外科精準手術；在外科精準手術模式下，通過現(xiàn)代計算機技術的虛擬現(xiàn)實技術，可建立用于解剖的人體結構模型、用于恢復評估的治療效果模型、用于術式評估的入路模型、用于手術練習的現(xiàn)場模型；外科精準手術具有精細的術前決策、精密的手術方案、精確手術模擬、精準的手術作業(yè)等特點。13精品課件4外科精準手術

——數(shù)字醫(yī)學應用的重要方向隨著數(shù)字醫(yī)學技4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（一）主刀醫(yī)生根據(jù)患者病情及其經(jīng)驗形成大致手術方案，在實施中不斷修正至手術完成；手術方案依賴于醫(yī)生個人的臨床經(jīng)驗與技能，參與的合作者只能以之前形成的默契配合手術，對手術方案則不甚理解；考慮到手術中可能會發(fā)生一些解剖結構改變或其他突發(fā)事件，使手術效果較易受到隨機因素干擾。14精品課件4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（一）主刀醫(yī)生根據(jù)患者病情及其經(jīng)4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（二）在現(xiàn)實中，為追求手術的徹底性和理想效果，往往不惜以大創(chuàng)傷和生物學環(huán)境的破壞為代價，常常出現(xiàn)患者在實施手術后生命發(fā)生危險、其重要組織結構受到損傷失去功能或修復能力障礙不能恢復、并發(fā)感染甚至復發(fā)；醫(yī)生為了免責，以書面形式告知患者，要求患者確認并承擔術中或術后發(fā)生的種種風險，而患者往往不得不擔負幾乎所有風險，違愿簽字，違心治療。15精品課件4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（二）在現(xiàn)實中，為追求手術的徹底4.2傳統(tǒng)外科手術局限性

帶來的思考究竟是冒著大創(chuàng)傷、大破壞的風險以提高治療效果，還是冒著不根治疾病且可能復發(fā)的風險以減少手術的危險？如何進行顱腦深層、椎管內(nèi)、腹膜后這些開口再大也難完全顯露的手術？可否盡可能通過微創(chuàng)或無創(chuàng)達到治愈疾病的目的，且治療效果反而由于安全性增加而獲得最佳？為了手術的順利進行，是否先對手術過程進行演練，排除經(jīng)驗積累、術式手法等人為的風險因素？16精品課件4.2傳統(tǒng)外科手術局限性

帶來的思考究竟是冒著大創(chuàng)傷、大破4.3破除傳統(tǒng)外科手術局限性

的方向——外科精準手術外科精準手術的大致步驟是：主刀醫(yī)生先將其構思的手術方案輸入計算機，結合采集到的術前醫(yī)學影像信息，經(jīng)專家系統(tǒng)等處理后形成三維圖像，醫(yī)生隨后據(jù)此與患者和手術團隊成員進行交流，即可形成精細的術前決策；接著，可利用醫(yī)學影像數(shù)據(jù)和虛擬手術系統(tǒng)合理定量地制定個性化、精密的手術方案；這對選擇最佳手術入路、減小手術損傷、避免對鄰近組織的損害、提高病灶定位精度、執(zhí)行復雜外科手術和提高手術成功率等等十分有益。17精品課件4.3破除傳統(tǒng)外科手術局限性

的方向——外科精準手術外科精4.4外科精準手術的

必備條件與術前準備要完美實施外科精準手術，除需要有能獲得數(shù)字醫(yī)學影像的相關設備、能進行虛擬現(xiàn)實人機交互的計算機系統(tǒng)外，還需配備術中導航與術中監(jiān)護等設備，以便將今生今世處理的三維模型與實際手術進行定位匹配；如果手術使用了其他數(shù)字影像手段（如內(nèi)窺鏡、B超或床邊CT等），則需將實時觀測到的影像與術前的醫(yī)學影像進行匹配融合定位，引導術者進行手術；術者要在術前于虛擬手術系統(tǒng)中重復練習或模仿專家手術過程，設計、預演和修正手術的整個過程，以便事先發(fā)現(xiàn)術中的問題，避免人為失誤。18精品課件4.4外科精準手術的

必備條件與術前準備要完美實施外科精準5外科精準手術應用實例為肝膽手術精確制導；為骨科手術保駕護航；為婦科手術厘清彼此；為無創(chuàng)手術提供保障。19精品課件5外科精準手術應用實例為肝膽手術精確制導；19精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（一）南方醫(yī)科大學方馳華等臨床醫(yī)學專家、醫(yī)學影像學專家、解剖學專家和計算機專家組成的團隊開發(fā)完成了腹部醫(yī)學圖像三維可視化系統(tǒng)；系統(tǒng)可對患者肝膽胰等器官的斷層CT個體化數(shù)據(jù)進行快速自動分割和三維重建為實施圖像，從前、后、左、右、上、下等任意角度對臟器、病灶進行觀察。20精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（一）南方醫(yī)科大學5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（二）系統(tǒng)通過設置臟器的透明化來觀察患者病灶、腫瘤與內(nèi)部動脈、靜脈、膽管等管道系統(tǒng)的詳細位置關系與周圍臟器的粘連程度；系統(tǒng)可對患者肝膽胰等器官的手術切除病灶或腫瘤，通過三維重建模型進行仿真手術；在系統(tǒng)提供的可視化虛擬環(huán)境下，術者可進行術前手術預設、手術可切性、術中指導手術等評估和論證。21精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（二）系統(tǒng)通過設置5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（一）南方醫(yī)科大學陳春林等進行數(shù)字化女性骨盆的研究，并將相關技術應用于子宮頸癌、子宮肌瘤、子宮腺疾病、復雜盆腔包塊等疾病的診斷、術前風險評估、手術效果預測等；還將相關技術應用于婦科相關病例的微創(chuàng)治療和其他婦產(chǎn)科疾病的介入治療等。22精品課件5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（一）南方醫(yī)科大學5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（二）數(shù)字化女性骨盆研究的相關技術成功構建了國際上首例基于血管鑄型技術的子宮動脈血管網(wǎng)模型和首例人離體宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)模型，清晰完整地顯示子宮動脈及其各級分支的走行；揭示了子宮動脈血管網(wǎng)的形態(tài)及血供特點，包括顯示子宮動脈與膀胱、輸尿管之間、卵巢血供之間、卵巢與輸卵管之間血循環(huán)的關系，為子宮動脈栓塞術治療中避免損傷泌尿系統(tǒng)和卵巢提供了直觀的模型。23精品課件5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（二）數(shù)字化女性骨5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（一）重慶醫(yī)科大學王智彪等致力于高強度聚焦超聲（HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU）治療系統(tǒng)的研究；HIFU的原理是，將低能量的超聲波聚焦于生物體內(nèi)靶區(qū)，利用其在焦點處產(chǎn)生的高溫殺死靶區(qū)組織，從而達到無創(chuàng)“切除”腫瘤的目的。24精品課件5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（一）重慶醫(yī)科大學5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（二）目前，HIFU的焦點直徑已經(jīng)達到微米級；采用數(shù)字醫(yī)學技術可直觀顯示腫瘤的形態(tài)、大小及其在體內(nèi)的空間位置、與其他組織的關系及分布等，從而確定高強度聚焦超聲焦點的能量、直徑和工作路徑，以盡可能地保全正常組織并縮短治療時間。25精品課件5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（二）目前，HIF6醫(yī)用機器人外醫(yī)用機器人的應用方向與國外研究進展；醫(yī)用機器人的國內(nèi)研究動態(tài)；26精品課件6醫(yī)用機器人外醫(yī)用機器人的應用方向與國外研究進展；26精品6.1醫(yī)用機器人的應用方向

與國外研究進展醫(yī)用機器人是數(shù)字醫(yī)學不可或缺的組成部分，已在醫(yī)療外科手術規(guī)劃模擬、微創(chuàng)、精確定位操作、無損傷診斷與檢查、新型手術醫(yī)學治療方法等方面得到廣泛應用；醫(yī)用機器人主要分為手術機器人、護理機器人、康復機器人等；國際上，已獲得重大突破且產(chǎn)品化的有宙斯機器人手術系統(tǒng)、達芬奇手術系統(tǒng)、RoboDoc手術系統(tǒng)、阿凡達手術系統(tǒng)等。27精品課件6.1醫(yī)用機器人的應用方向

與國外研究進展醫(yī)用機器人是數(shù)字6.2醫(yī)用機器人的國內(nèi)研究動態(tài)2010年，中國工程院啟動了“高端醫(yī)療裝備發(fā)展戰(zhàn)略咨詢項目”研究；上海交通大學成立數(shù)字醫(yī)學教育部工程研究中心，戴尅戎院士已將機械臂用于臨床骨科輔助手術，上海交大Med-X學院阮雪榆院士的康復機器人研究已成系列和規(guī)模；哈工大、北航、浙大、華科大、國防科大、華南理工大等院所已開發(fā)“妙手”、“神刀”、“助行”、“天使”等一系列手術、康復和護理機器人；南方醫(yī)科大學成立鐘世鎮(zhèn)院士工作站，專門研究單孔柔性手術機器人的前端。28精品課件6.2醫(yī)用機器人的國內(nèi)研究動態(tài)2010年，中國工程院啟動了7數(shù)字醫(yī)學的發(fā)展前景（一）數(shù)字醫(yī)學是醫(yī)學、生物力學、材料力學、計算機信息處理、數(shù)學、機械制造、自動化控制等交叉協(xié)作的一門新興學科；數(shù)字醫(yī)學通過運用現(xiàn)代醫(yī)學影像設備與影像技術（如X射線、CT、MRI、PET、內(nèi)窺鏡、超聲和C臂的實時監(jiān)測）、介入技術、導航技術和機器人技術，使得傳統(tǒng)的外科手術理念由“切開來看”（“Cut，thansee……”）轉變?yōu)椤翱赐旰笤贈Q定是否切””（“See，thancutornot……”）29精品課件7數(shù)字醫(yī)學的發(fā)展前景（一）數(shù)字醫(yī)學是醫(yī)學、生物力學、材料力7數(shù)字醫(yī)學的發(fā)展前景（二）數(shù)字醫(yī)學不用暴露病灶，卻能管中窺豹，“看”清病變區(qū)，將高難度的手術普及化；數(shù)字醫(yī)學將推動現(xiàn)代醫(yī)學向個性化、精確化、微創(chuàng)化和遠程化發(fā)展，醫(yī)學科技工作者能借助數(shù)字技術改良和創(chuàng)造新的醫(yī)學學科、新的醫(yī)療設備和新的醫(yī)療技術，保障人類的健康，造福人類。30精品課件7數(shù)字醫(yī)學的發(fā)展前景（二）數(shù)字醫(yī)學不用暴露病灶，卻能管中窺8數(shù)字電子是數(shù)字醫(yī)學的基礎實現(xiàn)數(shù)字醫(yī)學的前提是將所有醫(yī)學信息數(shù)字化，即使得所有醫(yī)學信息都能進入計算機，而計算機的全稱是“數(shù)字電子計算機”，或者說，“數(shù)字電子計算機”是數(shù)字電子技術的典型產(chǎn)品；因此，數(shù)字電子是計算機的基礎，也就是數(shù)字醫(yī)學的基礎；數(shù)字電子還是現(xiàn)代信息社會特點“數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”中，實現(xiàn)數(shù)字化的基本手段。31精品課件8數(shù)字電子是數(shù)字醫(yī)學的基礎實現(xiàn)數(shù)字醫(yī)學的前提是將所有醫(yī)學信數(shù)字醫(yī)學與數(shù)字電子

（DigitalMedicine&DigitalElectronics）數(shù)字醫(yī)學概述及其與數(shù)字電子的關系32精品課件數(shù)字醫(yī)學與數(shù)字電子

（DigitalMedicine&1何為數(shù)字醫(yī)學？源于美國威斯康星大學斯萊克（W.V.Slack）所著Cybermedicine:howcomputingempowersdoctorsandpatientsforbetterhealthcare（計算機如何幫助醫(yī)生和病人提高醫(yī)療質(zhì)量）一書；前綴Cyber，表示經(jīng)由計算機技術、信息處理技術或互聯(lián)網(wǎng)技術調(diào)控的事物，賽博醫(yī)學（Cybermedicine）就是將計算機技術、信息處理技術或互聯(lián)網(wǎng)技術廣泛應用于醫(yī)療領域的數(shù)字醫(yī)學。33精品課件1何為數(shù)字醫(yī)學？源于美國威斯康星大學斯萊克（W.V.Sla2數(shù)字醫(yī)學的定義2003年，鐘世鎮(zhèn)院士所編《數(shù)字人與數(shù)字解剖學》中稱“數(shù)字人和數(shù)字解剖學是數(shù)字醫(yī)學的基礎，將為現(xiàn)代醫(yī)學研究提供新的方法和手段”；2008年，戴尅戎院士給出“數(shù)字醫(yī)學是應用數(shù)字化技術，解釋醫(yī)學現(xiàn)象、解決醫(yī)學問題、探討醫(yī)學機理、提高生命質(zhì)量的一門科學”的定義，獲得國內(nèi)眾多院士的贊同。34精品課件2數(shù)字醫(yī)學的定義2003年，鐘世鎮(zhèn)院士所編《數(shù)字人與數(shù)字解3數(shù)字化人體研究

——數(shù)字醫(yī)學應用的基礎數(shù)字化人體研究已從最初單純的人體數(shù)據(jù)集的構建逐步向數(shù)字解剖學及其實際應用方向發(fā)展；研究重點大致集中在特殊人體組織如神經(jīng)、淋巴與微小器官信息的獲取，圖像分割和重建技術，網(wǎng)格計算存儲與數(shù)據(jù)同步共享，醫(yī)學及其相關領域的應用等。35精品課件3數(shù)字化人體研究

——數(shù)字醫(yī)學應用的基礎數(shù)字化人體研究已從3.1國內(nèi)的相關研究機構復旦大學數(shù)字醫(yī)學研究中心；上海交通大學數(shù)字醫(yī)學研究院；第三軍醫(yī)大學數(shù)字醫(yī)學研究所；浙江大學數(shù)字醫(yī)療工程研究中心；南方醫(yī)科大學數(shù)字人和數(shù)字醫(yī)學研究所；眾多的研究目的已將數(shù)字醫(yī)學的應用范圍擴展到數(shù)字醫(yī)院、數(shù)字醫(yī)學工程、數(shù)字醫(yī)療技術、數(shù)字化基礎醫(yī)學研究等各個方面。36精品課件3.1國內(nèi)的相關研究機構復旦大學數(shù)字醫(yī)學研究中心；5精品課3.2數(shù)字化人體研究

的主要方向人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構建；手術演練和教學的解剖模型軟件的開發(fā)；用于臨床的個性化解剖模型的構建和數(shù)據(jù)融合；數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫的構建和數(shù)據(jù)共享。37精品課件3.2數(shù)字化人體研究

的主要方向人體特殊組織信息的獲取和數(shù)3.2.1人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構建人體特殊組織如血管、神經(jīng)和淋巴等的信息標識和分割是數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集構建的難點，國內(nèi)采用人體管道灌注技術，已基本完成血管的標識，最小直徑為0.02毫米，但神經(jīng)和淋巴等的信息標識任未解決；數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的構建分為宏觀建模和微觀建模兩部分，前者側重于形態(tài)結構，后者側重于生理功能，可分為局部器官建模、顯微建模等。38精品課件3.2.1人體特殊組織信息的獲取和數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集的構3.2.2數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集構建

的研究進展南方醫(yī)科大學采用肝臟數(shù)據(jù)集進行了肝臟腫瘤的術式和治療研究；廈門大學采用顯微建模技術構建了數(shù)字眼球數(shù)據(jù)集，并開發(fā)了基于數(shù)字化眼球技術的裂隙燈等應用醫(yī)療檢測設備；中國醫(yī)科大學采用顯微建模技術構建了小鼠的腎小管，并對其進行了相應的生理研究。39精品課件3.2.2數(shù)字化微觀人體數(shù)據(jù)集構建

的研究進展南方醫(yī)科大學3.2.3手術演練和教學的解剖模型

軟件的開發(fā)數(shù)字解剖模型是數(shù)字解剖學用于醫(yī)學基礎學科研究的基本內(nèi)容，數(shù)字解剖模型的構建是數(shù)字人研究的第一步，通過對數(shù)據(jù)的辨識和分割，可構建出各類滿足特定研究需要的模型；現(xiàn)階段數(shù)字解剖模型軟件的研發(fā)特點：由單一的結構器官辨識向系統(tǒng)解剖方向發(fā)展，有平面顯示向三位方向發(fā)展，由“只能看”向“還能動”的虛擬解剖方向發(fā)展。40精品課件3.2.3手術演練和教學的解剖模型

軟件的開發(fā)數(shù)字解剖模型3.2.4國內(nèi)采用中國數(shù)字人數(shù)據(jù)集構建解剖模型的高等院校香港中文大學、香港理工大學、北京大學、清華大學、復旦大學、浙江大學、上海交通大學、中科技大學、東南大學、中國科技大學、第三軍醫(yī)大學、首都醫(yī)科大學、廈門大學、南方醫(yī)科大學、同濟大學、深圳大學、上海中醫(yī)藥大學等；隨著力反饋器械的研制成功和完善，外科醫(yī)生和醫(yī)學生可以通過數(shù)字解剖模型軟件和力反饋器械隨時進行人體或手術部位的虛擬解剖和演練，而不受到倫理約束和標本匱缺的影響。41精品課件3.2.4國內(nèi)采用中國數(shù)字人數(shù)據(jù)集構建解剖模型的高等院校香3.2.5用于臨床的個性化解剖模型

的構建和數(shù)據(jù)融合數(shù)字解剖的最終目的是通過虛擬現(xiàn)實技術，建立用于臨床的解剖人體結構模型；臨床解剖人體結構模型的構建顯然不能采用構建數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集的人體切削和圖像分割的方法，需要運用數(shù)據(jù)融合技術，將采集到的具有患者特性的醫(yī)學圖像與已有的數(shù)字模擬人融合，構建出患者的個性化模型；這項融合工作是有限標本數(shù)據(jù)與大規(guī)模統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結合。42精品課件3.2.5用于臨床的個性化解剖模型

的構建和數(shù)據(jù)融合數(shù)字解3.2.6數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫

的構建和數(shù)據(jù)共享數(shù)字化人體數(shù)據(jù)庫可分成基本數(shù)據(jù)庫（原始數(shù)據(jù)庫）、二次數(shù)據(jù)庫（分割數(shù)據(jù)庫）和功能數(shù)據(jù)庫（賦值數(shù)據(jù)庫）；基本數(shù)據(jù)庫的目的是按需對數(shù)據(jù)集進行分割并賦值以產(chǎn)生能夠直接使用的二次數(shù)據(jù)庫，如分割出人體骨骼；二次數(shù)據(jù)庫的目的是將數(shù)據(jù)用于各自不同用途的研究，如將人體骨骼用于構建關于人體骨骼的解剖學教學軟件，它將通過對數(shù)據(jù)的一級分割（按器官）、二級分割（按系統(tǒng)）、三級分割（按功能）、四級分割（按結構）而逐步完善，二次數(shù)據(jù)庫的構建和人體標準坐標系的建立是實現(xiàn)數(shù)字化人體應用的關鍵之處；在二次數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過對數(shù)據(jù)的賦值建立起數(shù)字人功能數(shù)據(jù)庫，它是數(shù)據(jù)庫的最高形式，內(nèi)容除數(shù)字人數(shù)據(jù)外，還包括人體生物力學、生理、組織工程等參數(shù)。43精品課件3.2.6數(shù)字化人體二次數(shù)據(jù)庫

的構建和數(shù)據(jù)共享數(shù)字化人體4外科精準手術

——數(shù)字醫(yī)學應用的重要方向隨著數(shù)字醫(yī)學技術在醫(yī)學應用領域的延伸以及醫(yī)用X射線、計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像（MRI）和正電子發(fā)射X射線層析攝影（PET）等醫(yī)學影像獲取設備的應用，催生了一個全新的手術模式——外科精準手術；在外科精準手術模式下，通過現(xiàn)代計算機技術的虛擬現(xiàn)實技術，可建立用于解剖的人體結構模型、用于恢復評估的治療效果模型、用于術式評估的入路模型、用于手術練習的現(xiàn)場模型；外科精準手術具有精細的術前決策、精密的手術方案、精確手術模擬、精準的手術作業(yè)等特點。44精品課件4外科精準手術

——數(shù)字醫(yī)學應用的重要方向隨著數(shù)字醫(yī)學技4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（一）主刀醫(yī)生根據(jù)患者病情及其經(jīng)驗形成大致手術方案，在實施中不斷修正至手術完成；手術方案依賴于醫(yī)生個人的臨床經(jīng)驗與技能，參與的合作者只能以之前形成的默契配合手術，對手術方案則不甚理解；考慮到手術中可能會發(fā)生一些解剖結構改變或其他突發(fā)事件，使手術效果較易受到隨機因素干擾。45精品課件4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（一）主刀醫(yī)生根據(jù)患者病情及其經(jīng)4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（二）在現(xiàn)實中，為追求手術的徹底性和理想效果，往往不惜以大創(chuàng)傷和生物學環(huán)境的破壞為代價，常常出現(xiàn)患者在實施手術后生命發(fā)生危險、其重要組織結構受到損傷失去功能或修復能力障礙不能恢復、并發(fā)感染甚至復發(fā)；醫(yī)生為了免責，以書面形式告知患者，要求患者確認并承擔術中或術后發(fā)生的種種風險，而患者往往不得不擔負幾乎所有風險，違愿簽字，違心治療。46精品課件4.1傳統(tǒng)外科手術的局限性（二）在現(xiàn)實中，為追求手術的徹底4.2傳統(tǒng)外科手術局限性

帶來的思考究竟是冒著大創(chuàng)傷、大破壞的風險以提高治療效果，還是冒著不根治疾病且可能復發(fā)的風險以減少手術的危險？如何進行顱腦深層、椎管內(nèi)、腹膜后這些開口再大也難完全顯露的手術？可否盡可能通過微創(chuàng)或無創(chuàng)達到治愈疾病的目的，且治療效果反而由于安全性增加而獲得最佳？為了手術的順利進行，是否先對手術過程進行演練，排除經(jīng)驗積累、術式手法等人為的風險因素？47精品課件4.2傳統(tǒng)外科手術局限性

帶來的思考究竟是冒著大創(chuàng)傷、大破4.3破除傳統(tǒng)外科手術局限性

的方向——外科精準手術外科精準手術的大致步驟是：主刀醫(yī)生先將其構思的手術方案輸入計算機，結合采集到的術前醫(yī)學影像信息，經(jīng)專家系統(tǒng)等處理后形成三維圖像，醫(yī)生隨后據(jù)此與患者和手術團隊成員進行交流，即可形成精細的術前決策；接著，可利用醫(yī)學影像數(shù)據(jù)和虛擬手術系統(tǒng)合理定量地制定個性化、精密的手術方案；這對選擇最佳手術入路、減小手術損傷、避免對鄰近組織的損害、提高病灶定位精度、執(zhí)行復雜外科手術和提高手術成功率等等十分有益。48精品課件4.3破除傳統(tǒng)外科手術局限性

的方向——外科精準手術外科精4.4外科精準手術的

必備條件與術前準備要完美實施外科精準手術，除需要有能獲得數(shù)字醫(yī)學影像的相關設備、能進行虛擬現(xiàn)實人機交互的計算機系統(tǒng)外，還需配備術中導航與術中監(jiān)護等設備，以便將今生今世處理的三維模型與實際手術進行定位匹配；如果手術使用了其他數(shù)字影像手段（如內(nèi)窺鏡、B超或床邊CT等），則需將實時觀測到的影像與術前的醫(yī)學影像進行匹配融合定位，引導術者進行手術；術者要在術前于虛擬手術系統(tǒng)中重復練習或模仿專家手術過程，設計、預演和修正手術的整個過程，以便事先發(fā)現(xiàn)術中的問題，避免人為失誤。49精品課件4.4外科精準手術的

必備條件與術前準備要完美實施外科精準5外科精準手術應用實例為肝膽手術精確制導；為骨科手術保駕護航；為婦科手術厘清彼此；為無創(chuàng)手術提供保障。50精品課件5外科精準手術應用實例為肝膽手術精確制導；19精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（一）南方醫(yī)科大學方馳華等臨床醫(yī)學專家、醫(yī)學影像學專家、解剖學專家和計算機專家組成的團隊開發(fā)完成了腹部醫(yī)學圖像三維可視化系統(tǒng)；系統(tǒng)可對患者肝膽胰等器官的斷層CT個體化數(shù)據(jù)進行快速自動分割和三維重建為實施圖像，從前、后、左、右、上、下等任意角度對臟器、病灶進行觀察。51精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（一）南方醫(yī)科大學5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（二）系統(tǒng)通過設置臟器的透明化來觀察患者病灶、腫瘤與內(nèi)部動脈、靜脈、膽管等管道系統(tǒng)的詳細位置關系與周圍臟器的粘連程度；系統(tǒng)可對患者肝膽胰等器官的手術切除病灶或腫瘤，通過三維重建模型進行仿真手術；在系統(tǒng)提供的可視化虛擬環(huán)境下，術者可進行術前手術預設、手術可切性、術中指導手術等評估和論證。52精品課件5.1外科精準手術之

為肝膽手術精確制導（二）系統(tǒng)通過設置5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（一）南方醫(yī)科大學陳春林等進行數(shù)字化女性骨盆的研究，并將相關技術應用于子宮頸癌、子宮肌瘤、子宮腺疾病、復雜盆腔包塊等疾病的診斷、術前風險評估、手術效果預測等；還將相關技術應用于婦科相關病例的微創(chuàng)治療和其他婦產(chǎn)科疾病的介入治療等。53精品課件5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（一）南方醫(yī)科大學5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（二）數(shù)字化女性骨盆研究的相關技術成功構建了國際上首例基于血管鑄型技術的子宮動脈血管網(wǎng)模型和首例人離體宮頸癌子宮動脈血管網(wǎng)模型，清晰完整地顯示子宮動脈及其各級分支的走行；揭示了子宮動脈血管網(wǎng)的形態(tài)及血供特點，包括顯示子宮動脈與膀胱、輸尿管之間、卵巢血供之間、卵巢與輸卵管之間血循環(huán)的關系，為子宮動脈栓塞術治療中避免損傷泌尿系統(tǒng)和卵巢提供了直觀的模型。54精品課件5.2外科精準手術之

為婦科手術厘清彼此（二）數(shù)字化女性骨5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（一）重慶醫(yī)科大學王智彪等致力于高強度聚焦超聲（HighIntensityFocusedUltrasound，HIFU）治療系統(tǒng)的研究；HIFU的原理是，將低能量的超聲波聚焦于生物體內(nèi)靶區(qū)，利用其在焦點處產(chǎn)生的高溫殺死靶區(qū)組織，從而達到無創(chuàng)“切除”腫瘤的目的。55精品課件5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（一）重慶醫(yī)科大學5.3外科精準手術之

為無創(chuàng)手術提供保障（二）目前，HIFU的焦點直徑已經(jīng)達到微米級；采用數(shù)字醫(yī)學技術可直觀顯示腫瘤的形態(tài)、大小及其在體內(nèi)的空間