大数据与AI数字医学辅助临床诊疗介绍

Logarithmic Count
/////通通 通通通用用 用用用格格 格格格式式 式式式
Diameter /μm
Count
Cumulative
Logarithmic Count
Length /μm
SRμCT-微血管3D显微数字化研究
cervical spinal cord
lumbar spinal cord
智能化自动骨折 复位
智能化自动骨折 复位
智能化自动骨折 复位
外科手术 规划与仿 真设计 （切割）
基于测量数据的切割 基于实例学习的切割
颌面外科手术规划
外科手术规划与仿真设计 （修复）
优化镜像平面位置 优化平滑过渡区域
软件操作 展示－腓 骨重建下 颌
外科手术规划与仿真设计 （植入）
ห้องสมุดไป่ตู้
Thoracic spinal cord
基于血管网络形态学的蝶形区域提取
识别提取蝶形区域
RD
LD
后，分别于四个角
提取130*200像素
的ROI区域进行深
入定量分析
LU-左上
LD-左下
RU
LU
RU-右上
RD-右下
SRμCT-微血管 3D显微数字化 研究
SRμCT-微血管3D显微数字化研究
Ansys、ABAQUS。工业领域第一款整合CAE技术 的协同仿真平台ANSYS Workbench ，集成了CAD 建模、仿真、分析、后处理
三维数字化医疗软件的问题
建模、设计、分析软件各自独立，反复传递数据 软件操作比较复杂，融会贯通不容易，学习曲线长 不同科室、不同专业要求不尽相同，但又相互关联
口腔数字化种植与导板定制
3.
2.
1.
病
放
三
例
计置
维
基
植牙
显
本
体冠
示
情
、
效
况
设
果
6.
5.
术
中
切
逐
导
除
级
板
粘
扩
就
膜
孔
位
4.
口腔数字化种植与导板定制
美学引导?
智能化种植?
虚拟现实与混合现实
❖ 虚拟外科手术仿真培训终端
- 66 --50-
数十种CAD建模功能
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个性化植入物/假体设计
自由曲面建模
CAD建模
新解剖型固定系统
个性化横突钢板
与传统固定对比
个性化种植体
拉力螺钉最优化设计
外科手术 规划与仿 真设计 （轻量化 结构）
个性化植入物/假体设计 （轻量化结构假体）
植入体 轻量化 结构设 计
个性化支具辅具设计
个性化假肢、矫形、护具、康复辅助器械被越来越多应用于医学假肢矫形外 科和运动康复外科
髋臼假体摆放, 自动优化, 实时角度、覆盖率、接触面骨密度
外科手术规划与仿真设计 （髋关节手术规划）
髋关节虚拟装配
-45-
软件操作 展示－髋 关节置换 手术规划
口腔科应用案例
口腔数字化种植与导板定制
直观的医患沟通 良好的交互界面 引导式设计流程 全面的测量及分析功能 以修复为导向的种植计 完整的种植系统信息数据库
智能勾画分割
三维实时编辑
医学图像分割与三维重建
颅骨血管 肝脏肿瘤
辅助颅底复杂肿瘤
辅甲状腺模型，包括骨组织、肌肉、韧带、气 管、食管、动脉、静脉、神经等
泌尿科
肩部骨组织、血管、神经、肿瘤
腰椎肿瘤、动静脉、神经
-12-
泌尿外科应用案例
泌尿外科建模例子
医学图像分割与三维重建
三医 维学 重图 建像
分 割 与
模型分析
模型几何特征分析与提取
三维医学模型解剖标志点自动识别
预测标志点区域
预测标志点区 域
外科手术规划与仿真设计 （复位）
图形化交互复位
多视图联动复位 三维模型碰撞检测 三维骨折统计分析
骨折特征分析
模型骨折线分布统 计与可视化显示
骨折复位设计操 作视频
智能化自 动骨折复 位
智能化断面检测 由粗到细自动匹配
-
多种测量工具
交互测量、模板测量、密度测量、厚度测量
三维管道结构分 析
模型中心线提取与拓扑结构分析 Vascular bending and twisting Micro porous structure of bone Changes in blood vessel diameter
三维血管动画模拟
个性化康复肢具的三维设计软件平台
-56-
个性化康复支具辅具设计
激光扫描表面模型
CT重建骨组织模型
基于生物力学的矫形设计
个性化康复支具辅具设计
-58-
有限元建模与力学分析
生物力学有限元建模与分析
optimize the design according to the results of finite element mechanics analysis
分析
建模
设计
医疗三维软件未来发展的方向
基于医学大数据的建模与设计，功能操作智能化 让医生变成工程师、让工程师懂得医学
需要建模、设计、分析无缝集成，多科室联合诊疗
一站式集成平台解决方案
设计 分析
人工 智能
建模
三维数字医疗软件研发
（2016, 2018国家科技部重点项目）
三维数字医疗软件研发
CT
MRI
PET DSA
B超 XRAY 激光扫描
立体显示 体感交互 力反馈设备
三维数字化医疗
精细三维建模 配准与融合 手术方案设计 测量与分析 导板假体设计 仿真与优化
3D打印 数控加工 翻模铸造
图像分割库 界面UI库
三维重建库 虚拟现实库
网格编辑库 硬件接口库
CAD建模库 特征分析库
交互操作库 数值计算库
基于SRμCT同步辐射相衬成像 脊髓血管虚拟3D导航
脊髓血管内腔可视化
SR-脊髓损伤后微血管再生
SCI模型构建
ALLEN打击模式图
创伤后血管新生
打击器
肉眼观
SRμCT-脊髓损伤后特征性血管表征
SRμCT脊髓神经 元3D可 视化
WPS
脊柱椎间盘的细微观建模与分析
e .
A
L
C
R
P
脊柱椎间盘的细微观建模与分析
1.Matic正向工程软件用于STL网格编辑和(医 学)模型设计；
工业CAD建模软件：
1.UG、Pro/E、CATIA、Solidwork、AutoCAD 等
工业逆向工程软件： 有限元分析软件：
德国Siemens PLM 公司的Imageware软件，美国 Raindrop公司 Geomagic Studio，处理点云、离散 网格生成曲面模型
外科手术规划与仿真设计 （植入）
外科手术导板
穿刺定位导板
种植手术导板
种植联合上颌窦外提开窗导板
外科手术导板
外科手术导板
截骨导板
复位导板
截骨导板
外科手术规划与仿真设计 （髋关节手术规划）
骨盆方位校正，模拟X光片，自动参考线，多视图联动
❖ 数字医疗与虚拟现实研究中心
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外科手术规划与仿真设计 （髋关节手术规划）
有限元建模库 图像模型IO库
3D三维数字医疗软件的全面升级
方便的案例数据管理分析, 大数据平台
医学图像浏览和三维体绘制
方便的序列浏览, MPR, MIP, MinIP, AveIP, 三维体绘制
医学图像分割与三维重建
简便分割、智能分割、高级分割
实时智能填充
软组织器官分割
智能团块分离
二维联动编辑
-
关键点
交互式操作信息多通道融合
利用测地距离变换得到具有交互式信息的图像，并融合原图和预 分割结果，将多通道融合信息输入到修复网络中，得到分割结果。
测地距离效果图
实验结果
(a)预处理结果
(b)初分割结果
在肝脏器官分割 中接近stateof-the-art
(c)Dense CRF优化后结果
(d)GroundTruth
大数据与人工智能（AI） 的数字医学辅助临床诊
疗介绍
教研中心
3D数字建模与设计平台
三维数字医疗和 3D打印处在什 么阶段？
各种宣传第一例之后的冷静 有规模临床应用的医院不多 如何进一步提升实际应用？ …… 材料，打印设备，政策支持… 专业的医学建模设计平台
三维数字化医疗软件的现状
口腔专科：Simplant, 3-Shape, Nobel ; 三维重建：Mimics；
小关节软骨和软骨下骨 的建模与分析
Normal lumbar facet joint depicted by the PPCT reconstructed sectional images (A) and histology safranin-O (D).
小关节软骨和软骨下 骨的建模与分析
3D morphology of the lumbar facet joint showing the cartilage and subchondral bone.
SRμCT-微血管3D显微数字化研究
3D定量参数
(1)血管容积
(2)血管表面积
(3)血管表容比值 (4)血管间距
(5)血管管径
(6)血管连接点数目
(7)血管连接点密度 (8)血管节段数目
(9)血管节段密度 (10)血管迂曲度
Count
Cumulative
/////通通通通通用用用用用格格格格格式式式式式
小关节软骨和软骨 下骨的建模与分析
3D morphology changes of the cartilage and the cartilage thickness maps of the LFJ after OVX induction.
小关节软骨和软骨下骨的建模与分析
3D morphology changes of the subchondral bone after OVX induction.
02 脊柱椎间盘的细微观 建模与分析
03 小关节软骨和软骨下 骨的建模与分析
04 骨腱区域的细微观建 模与分析
脊髓神经与血管的细 微观建模与分析
脊髓损伤是一类致瘫性高的严重中枢神经创伤； 脊髓损伤后常伴随着神经与血管的损伤； 热点 目前仍无有效的治疗策略 而创伤修复与再生仍是我国急需关注和解决的重大 基础科学问题
基于深度学习的医疗图像分割
全自动智能分割方法是研究的热门方向
U-net 网络结构
-
基于深度学习的医疗图像分割
全自动智能分割方法往往需要后处理
The first U-Net learns to segment livers from a CT slice
The second U-Net learns to segment lesions from a liver segmentation mask U-net 网络结构
细微观尺度三维建模与数据分析
lung CT scan, different scales, different view
Many medical diagnoses need to be analyzed at the microscopic scale
细微观尺度三维建模与数据分析
01 脊髓神经与血管的细 微观建模与分析
KINGSOFT
数字化导航与 手术机器人
手机移动端三 维显示平台 （E3D 平台 配套）