基于Hisense CAS的儿童肝脏肿瘤实时交互仿真形变模型的构建

作     者：张警丽 修文丽 王静淼 陈鑫 张桓榆 杨霞 王菲菲 王凤娇 夏楠 郝希伟 贾世宇 董蒨 

作者机构：青岛大学附属医院小儿外科 山东省数字医学与计算机辅助手术重点实验室 青岛大学计算机科学技术学院 

出 版 物：《肝胆胰外科杂志》 (Journal of Hepatopancreatobiliary Surgery)

年 卷 期：2024年

学科分类：1002[医学-临床医学] 100214[医学-肿瘤学] 10[医学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(82293660 82293665) 

主　　题：肝切除术 手术仿真 软组织形变仿真 儿童肝脏肿瘤 

摘      要：目的构建个体化肝脏肿瘤形变模型，并验证形变模型与器械交互时的形变仿真效果，以评估其在肝脏肿瘤切除手术中的可行性。方法选取6例接受手术切除的肝脏肿瘤患儿术前增强CT数据，基于Hisense计算机辅助手术系统生成个体化肝脏肿瘤三维面模型，使用团队之前提出的形变模型构建方法，运用C++编程语言，将个体化三维模型的面模型数据转换为个体化体模型。采用共旋线性有限元算法对体模型数据进行求解，施加肝脏软组织生物力学特性，创建个体化的肝脏肿瘤形变模型。在实验室仿真环境中进行肝脏变形实验，验证模型变形的真实性和稳定性。邀请13名小儿外科医师对模型进行测试与评估，收集其主观反馈并进行统计。结果成功构建6例个体化患儿肝脏肿瘤的三维面模型，获得具有高体素密度和高分辨率的个体化的体模型，并实现肝脏软组织生物力学特性的施加，成功创建个体化的肝脏肿瘤形变仿真模型。仿真模型的任何部位均可与虚拟手术器械进行交互，按压和牵拉肝脏变形过程中，仿真帧率达到平均150Hz左右，达到了视觉连续性所需的更新频率要求。量表平均得分4.33分，大多数参与者对形变模型的颜色、对比度、辅助效果和实用性表示满意，认可其真实性和价值。结论本研究创建的形变模型能够满足肝脏肿瘤虚拟手术的真实性和稳定性要求，可将此模型运用到研发个体化虚拟腹腔镜手术仿真系统，未来精准地指导腹腔镜下肝脏肿瘤外科手术操作。