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Computer Science Tools for Manual Editing of Computed Tomographic Images: Impact on the Quality of 3D Printed Models

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Surgical Science 2014年第10期5卷 439-443页

作者： Jean H.D.Fasel Jorg Beinemann Karl Schaller heinz-otto peitgen Clinical Anatomy Research Group Department of Cellular Physiology and MetabolismUniversity Medical CenterGenevaSwitzerland Hightech Research Center of Cranio-Maxillofacial Surgery University of BaselBaselSwitzerland Department of Neurosurgery University HospitalsGenevaSwitzerland Department of Mathematical Sciences Florida Atlantic UniversityBoca RatonUSA

Background: Three-dimensional printing (3DP) technologies are a trendsetting topic, also in the field of surgery. Preoperative planning for maxillofacial and neurological surgery, for instance, increasingly involves skull models obtained by 3DP. However, the cranial replicas currently used in this context have been shown to not reproduce the exact anatomy of the individual patient undergoing surgery. Objective: The present study aimed at investigating the extent to which manual editing, using current computer software tools, can improve skull models derived from medical images. Methods: Skull computed tomography (CT) was obtained on three cadavers and?sent to three institutions that provide preoperative 3DP services. Each institute independently?performed 3D reconstructions, including routine manual editing, and subsequently produced the replicas. The models were then qualitatively compared with the respective original skull. For?quantitative comparison surface scans of particular regions of interest were made and the deviations assessed using 3-matic software (Materialise, Leuven, Belgium). Results: Routine manual editing of CT images resulted in replicas that were clear improvements over automatically generated reconstructions. This was particularly the case for teeth artefacts and thin-walled entities (e.g. paranasal sinuses). Conversely, however, many anatomical structures remained incorrectly rendered (e.g. orbitae, pterygoid processes, and sella turcica). Extraosseous calcifications had regularly not been removed. After extensive manual editing, however, replicas were able to provide largely submillimeter accuracy (mean deviation 0.2496 mm;standard deviation ±0.2276 mm). Conclusions: This study confirms that manual editing with current computer science tools does improve the quality of CT-based 3D printed skull models. But, it also demonstrates that a number of structures remain largely incorrectly rendered when edited in the presently used surgical framework.

关键词： Preoperative Replicas 3D Printing Skull Models Accuracy

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Risk of venous congestion in live donors of extended right liver graft

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World Journal of Gastroenterology 2015年第19期21卷 6008-6017页

作者： Arnold Radtke George Sgourakis Ernesto P Molmenti Susanne Beckebaum Vito R Cicinnati Hartmut Schmidt heinz-otto peitgen Christoph E Broelsch Massimo Malagó Tobias Schroeder Department of General and Transplantation Surgery University Hospital Tuebingen Department of General Surgery of Red Cross Hospital Department of Surgery North Shore University Hospital Manhasset Department of General Visceral and Transplantation SurgeryUniversity Hospital Essen Department of Transplant Medicine University Hospital Muenster MeVis Center for Medical Diagnostic Systems and Visualization University of Bremen Department of Surgery-UCL Division of Surgical and Interventional Sciences University College London Department of Diagnostic and Interventional Radiology University Hospital Essen

AIM: To investigate middle hepatic vein(MHV)management in adult living donor liver transplantation and safer remnant volumes(RV).METHODS: There were 59 grafts with and 12 grafts without MHV(including 4 with MHV-5/8 reconstructions).All donors underwent our five-step protocol evaluation containing a preoperative protocol liver biopsy Congestive vs non-congestive RV, remnantvolumebody-weight ratios(RVBWR) and postoperative outcomes were evaluated in 71 right graft living donors. Dominant vs non-dominant MHV anatomy in total liver volume(d-MHV/TLV vs nd-MHV/TLV) was constellated with large/small congestion volumes(CVindex).Small for size(SFS) and non-SFS remnant considerations were based on standard cut-off- RVBWR and RV/TLV. Non-congestive RVBWR was based on non-congestive ***: MHV and non-MHV remnants showed no significant differences in RV, RV/TLV, RVBWR, total bilirubin, or INR. SFS-remnants with RV/TLV < 30%and non-SFS-remnants with RV/TLV ≥ 30% showedno significant differences either. RV and RVBWR for non-MHV(n = 59) and MHV-containing(n = 12)remnants were 550 ± 95 ml and 0.79 ± 0.1 ml vs568 ± 97 ml and 0.79 ± 0.13, respectively(P = 0.423 and P = 0.919. Mean left RV/TLV was 35.8% ± 3.9%.Non-MHV(n = 59) and MHV-containing(n = 12)remnants(34.1% ± 3% vs 36% ± 4% respectively,P = 0.148. Eight SFS-remnants with RVBWR < 0.65 had a significantly smaller RV/TLV than 63 non-SFSremnants with RVBWR ≥ 0.65 [SFS: RV/TLV 32.4%(range: 28%-35.7%) vs non-SFS: RV/TLV 36.2%(range: 26.1%-45.5%), P < 0.009. Six SFS-remnants with RV/TLV < 30% had significantly smaller RVBWR than 65 non-SFS-remnants with RV/TLV ≥ 30%(0.65(range: 0.6-0.7) vs 0.8(range: 0.6-1.27), P < ***(2.8%) donors developed reversible liver *** and RV/TLV were concordant in 25%-33%of SFS and in 92%-94% of non-SFS remnants. MHV management options including complete MHV vs MHV-4A selective retention were necessary in n = 12 vs n =2 remnants based on particularly risky congestive and non-congestive

关键词： Living donor liver transplantation Livervolume Remnant volume Small-for-size Small-forsizesyndrome

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肝内血管三维重建及风险分析对肝切除手术规划的意义

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肝胆外科杂志 2011年第1期19卷 27-29页

作者：张友磊王义郝强 heinz-otto peitgen Andrea Shenk 陆建平吴孟超第二军医大学东方肝胆外科医院肝外二科上海200438 第二军医大学长海医院放射科 Bremen GermanyMeVis Research Center

目的探讨肝内血管三维重建及风险分析对肝切除手术规划的意义。方法采集28例拟行肝切除患者的肝脏CT二维(2D)扫描数据,利用3D图像处理软件LiverAnalyzer进行肝内血管三维重建、风险分析及模拟肝切除,并以此指导肝切除手术规划。结果成... 详细信息

目的探讨肝内血管三维重建及风险分析对肝切除手术规划的意义。方法采集28例拟行肝切除患者的肝脏CT二维(2D)扫描数据,利用3D图像处理软件LiverAnalyzer进行肝内血管三维重建、风险分析及模拟肝切除,并以此指导肝切除手术规划。结果成功进行了肝脏、肿瘤和肝内血管的三维重建、风险分析、模拟肝切除及手术规划,并据此进行了临床治疗。28例中6例行行非手术疗法,其余22例均行肝切除(半肝切除3例,局部切除19例),手术均顺利,术后肝功能恢复良好,无明显并发症。随访至今(2~29个月)除1例远隔部位复发带瘤生存外,其余患者均无瘤生存。结论肝内血管三维重建及风险分析有助于肝切除手术规划,包括进一步判断肿瘤可切除性、选择手术入路以及使肝癌的局部切除成为解剖性切除等。

关键词：肝切除肝脏肿瘤三维影像手术规划

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肝脏CT扫描后三维重建在肝切除手术计划中的初步应用

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中华外科杂志 2008年第24期46卷 1931-1933页

作者：王义张友磊 peitgen heinz-otto Bourquain Holger 郝强陆建平吴孟超第二军医大学东方肝胆外科医院肝外二科上海200438 上海长海医院放射科德国MeVis Research Bremen

肝切除是治疗肝脏肿瘤的最有效方法。随着肝脏外科技术的进步和现代影像学技术（B超、CT、MRI）的发展，肝切除手术已日臻完善。然而，由于肝内血管解剖的复杂性和多变性，使得肝切除手术仍具有一定难度。目前肝切除依据的影像学资料多... 详细信息

肝切除是治疗肝脏肿瘤的最有效方法。随着肝脏外科技术的进步和现代影像学技术（B超、CT、MRI）的发展，肝切除手术已日臻完善。然而，由于肝内血管解剖的复杂性和多变性，使得肝切除手术仍具有一定难度。目前肝切除依据的影像学资料多为二维（2D）显示，依靠2D图像来判断肿瘤与肝内各血管之间的三维（3D）关系显然存在不足之处，这往往是导致肝切除手术发生偏差的主要原因。为了更好地指导手术，

关键词：肝切除手术肝脏肿瘤手术计划三维重建 CT扫描现代影像学技术肝脏外科技术血管解剖

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肝内血管的三维重建及肝癌局部解剖性切除

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中华普通外科杂志 2008年第12期23卷 914-917页

作者：王义张友磊 peitgen heinz-otto Bourquain Holger 郝强陆建平吴孟超第二军医大学东方肝胆外科医院肝外二科上海200438 MeVis Research Center Germany28359 第二军医大学长海医院放射科

目的探讨肝内血管三维（3D）成像在肝癌局部切除中的意义。方法将64排螺旋CT扫描获得的肝癌患者的肝脏二维图像数据，以DICOM文件格式导入3D模拟系统进行肝内血管3D重建；在重建的肝内血管3D图像指导下行肝癌局部肝切除。结果（1）经过... 详细信息

目的探讨肝内血管三维（3D）成像在肝癌局部切除中的意义。方法将64排螺旋CT扫描获得的肝癌患者的肝脏二维图像数据，以DICOM文件格式导入3D模拟系统进行肝内血管3D重建；在重建的肝内血管3D图像指导下行肝癌局部肝切除。结果（1）经过重建得到了清晰的肝内血管以及肝脏和肝癌的3D图像，该图像立体地显示了肝癌与周围诸血管的解剖关系。（2）在3D图像上模拟不同肿瘤切缘宽度得到肝癌周围肝动脉、门静脉和肝静脉的切断平面和各血管切断后所影响的肝组织体积。（3）分析肿瘤的切缘宽度与切肝体积间的关系，拟定出肝癌局部切除的最佳切肝平面。（4）按拟定的切肝平面行实际肝切除，切除标本体积为178ml，肿瘤切缘为9mm，结果与术前模拟完全吻合。结论在肝内血管3D图像指导下，肝癌的局部切除可以按肿瘤周围血管的解剖精确进行；通过术前模拟可以找到最佳肝切除平面。

关键词：肝肿瘤肝切除术成像三维

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介绍维赫斯特动态过程(Verhulst Dynamics)

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世界科学 1988年第3期 1-2页

作者： H. O. peitgen P. H. Richter 胡继旋

最近几年中,“紊乱学”（Chaos）异军突起,引起了国内外研究复杂系统的学者的注意。混沌现象与有序现象之间,出现了一座新的桥梁,这就是新发现的普适常数——菲根鲍姆常数。另一方面,对复杂动态系统的研究与计算机绘图技术结合在一起产... 详细信息

最近几年中,“紊乱学”（Chaos）异军突起,引起了国内外研究复杂系统的学者的注意。混沌现象与有序现象之间,出现了一座新的桥梁,这就是新发现的普适常数——菲根鲍姆常数。另一方面,对复杂动态系统的研究与计算机绘图技术结合在一起产生了“非整数维几何学”（Fractals）,也与紊乱学有密切联系。本文可以说是这类新学科入门的启发性文章,给出的例子实际上指出了混沌现象是怎样在非线性自耦合条件下(Xn+1=f（x_n）)出现的。原文载***和***著的“The Beauty of Fractals:Images of Complex Dynamical Systems”一书,Springer-Verlag出版。

关键词：分叉点菲根鲍姆常数增长参数 Verhulst Dynamics 动态规律吸引子赫斯特

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用肝脏三维仿真成像设计扩大的肝部分切除术

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德国医学 2000年第2期17卷 74-75页

作者： K.J.Oldhafer D.Hgemann G.Stamm R.Raab H.-O.peitgen M.Galanski 韩萍 Abteilung fr Allgemeine Chirurgie UniversittsklinikumZentrum ChirurgieHufelandstraβe 55D-45147 EssenGermany 同济医科大学附属协和医院

由于外科技术和术前、后措施的进步,肝脏外科手术今天变得越来越安全,且对大的肝脏肿瘤或者肿瘤位于肝门部位的手术切除风险亦明显降低。此外另一进展是通过采用低温、断流、体内或体外肝叶切除使手术范围更为扩大,通过该技术可在无时... 详细信息

由于外科技术和术前、后措施的进步,肝脏外科手术今天变得越来越安全,且对大的肝脏肿瘤或者肿瘤位于肝门部位的手术切除风险亦明显降低。此外另一进展是通过采用低温、断流、体内或体外肝叶切除使手术范围更为扩大,通过该技术可在无时间压力的情况下对肝内门脉分支及下腔静脉肝段进行完全的血管再建,肝叶体内或体外切除有时由于不清楚血管解剖使术中定位困难,故术前精确的手术计划极具优点。

关键词：肝部分切除术三维仿真成像设计

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以工作流程为中心评估化疗CT监测中的自动病变跟踪软件

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国际医学放射学杂志 2013年第1期 99-99页

作者： J.H.Moltz M.D'Anastasi A.Kieβling D.Pinto dos Santos C.Schülke H.O.peitgen 黄黎香 Fraunhofer MEVIS-Institute for Medical Image Computing Universittsallee 2928359 BremenGermany

目的在化疗监测中,肿瘤大小的变化是评估化疗疗效的重要标准。这需要对基线时的病变情况与随访CT检查进行比较。我们对一个病变自动跟踪工具进行评价,它能够在随访CT中识别靶病灶,预先计算病灶的体积。方法 4名放射医师对52例病人的肿... 详细信息

目的在化疗监测中,肿瘤大小的变化是评估化疗疗效的重要标准。这需要对基线时的病变情况与随访CT检查进行比较。我们对一个病变自动跟踪工具进行评价,它能够在随访CT中识别靶病灶,预先计算病灶的体积。方法 4名放射医师对52例病人的肿瘤体积进行随访,采用或不采用病变自动跟踪软件。共139个靶病灶,包括肺结节、肝转移和淋巴结。研究内容包括读片时间、病变识别和体积测量的观察者间差异性以及进行组织分割的手动调整次数。结果采用病变自动跟踪软件,每个病变的评价时间缩短了38%或22s,观察者间的相对体积差异从0.171降至0.1。而无论是否采用病变跟踪软件,组织分割的质量是相当的。结论采用自动病变跟踪工具能够更快地评价随访CT检查,并且降低结果对于观察者的依赖性。

关键词：软件病变 CT

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