張嘉偉 陳亮

摘 ?要： 隨著現(xiàn)代計算機輔助技術與醫(yī)學成像系統(tǒng)的發(fā)展，臨床醫(yī)生對醫(yī)學影像處理、三維可視化以及新興技術的引入提出了更高的要求。醫(yī)學影像處理軟件，作為滿足以上臨床需求的主要手段，成為了近年來的研究熱點。本文介紹了一款自主研發(fā)的、基于云計算的醫(yī)學影像處理與3D打印平臺。該平臺不僅實現(xiàn)了云端數(shù)據(jù)管理、模型重建、三維可視化、手術規(guī)劃、3D打印與工程服務等諸多功能，還充分預留了下一代應用如手術導航與混合現(xiàn)實的開發(fā)接口。

關鍵詞： DICOM;云計算;醫(yī)學圖像處理;醫(yī)學圖形處理;3D打印;VTK;ITK;.NET

中圖分類號： TP311 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.023

本文著錄格式：張嘉偉，陳亮. 基于云計算的醫(yī)學影像處理與3D打印平臺[J]. 軟件，2019，40（5）：115127

【Abstract】： With the development of computer aided technology and medical imaging system， clinical physician brings up higher demand for medical image processing， 3D visualization and emerging technology introduction. Medical image processing software， as the main method to satisfy these requirements， becomes the research focus these years. In this paper， a cloud computing based medical image processing and 3D printing platform is introduced. It provides not only the function of data management on cloud， model reconstruction， 3D visualization， intraoperative planning， 3D printing with engineering service， etc.， but also prepares API for the next generation application such as image guided navigation and mixed reality.

【Key words】： DICOM; Medical image processing; Medical graphic processing; 3D Printing; VTK; ITK; .NET

0 ?引言

隨著醫(yī)學成像技術的高速發(fā)展，四大主流影像設備X線、CT、MRI與超聲在性能上取得了很大的提高，其輸出的二維DICOM（一種醫(yī)學圖像標準）影像是臨床醫(yī)生日常診斷工作的主要依賴手段[1]。對于復雜病例和手術案例，僅包含平面解剖信息的二維影像已不能滿足醫(yī)生精準診斷與治療的要求，使用計算機對影像序列（主要針對CT與MRI的成像）進行分析與處理，重建目標器官、部位與相關組織的三維可視化模型，通過計算機仿真觀測以獲取更直觀的病況信息，是目前的各大醫(yī)院最常用方法。

3D打印技術，也稱增材制造技術（additive manufacturing），是一種利用計算機軟件、新型打印材料及打印設備共同發(fā)展的快速成型技術，首次應用于工業(yè)領域取得了巨大的成功[2，3]。如今在醫(yī)療領域，尤其是臨床應用方面，通過將重建的三維模型針進行實體打印，實現(xiàn)手術規(guī)劃演練以提高手術的成功率，從而更好的解決醫(yī)患溝通問題;針對復雜的手術案例，可以根據(jù)術中部位設計專門的手術導板，從而有效降低手術的難度與術后并發(fā)癥的發(fā)生率;對于特殊的病人情況，還能夠實現(xiàn)術中植入物的個性化定制，從而實現(xiàn)最佳的治療效果。隨著越來越多的成功案例，可見將3D打印技術引入臨床醫(yī)學已經(jīng)是大勢所趨了。

醫(yī)學影像處理軟件，也稱作醫(yī)學影像后處理軟件，是利用計算機對醫(yī)學影像設備采集到的DICOM影像進行后處理的軟件。在國際上，人們對研發(fā)高質量的醫(yī)學影像處理軟件非常重視，各大影像設備廠商都配備了專用的影像處理工作站。但到目前為止，這些工作站都只是針對醫(yī)生診斷的需求來進行設計，即在三維可視化模型上采用的是容積重建（也稱體繪制），是一種僅供查看的模型，它不能用于實體模型打印，更不能用于后續(xù)治療過程中手術導板與個性化植入物的設計。也有少數(shù)第三方軟件平臺，關注到了這個問題，進行了針對性的設計實現(xiàn)。其中最著名的是比利時Materialise公司的的Mimics軟件[4]，可以將二維DICOM影像轉換為三維模型。但其自身不能完成后續(xù)的手術導板與個性化植入物設計，需要依賴其他設計軟件，增加了操作的復雜度。

作為全國首批申請二類醫(yī)療器械軟件注冊認證的企業(yè)，我們開發(fā)的基于云計算的醫(yī)學影像處理與3D打印平臺，即MiDIVI云平臺，不僅能夠實現(xiàn)影像瀏覽、測量等常規(guī)操作，還能快速高質量的完成醫(yī)學圖像分割、三維模型重建與手術規(guī)劃，以及后續(xù)手術導板與個性化植物的設計與打印，云端工程服務支持，實現(xiàn)了基于影像的臨床一體化診斷，設計與制造平臺。

1 ?系統(tǒng)介紹

MiDIVI云平臺主要由五大核心功能模塊組成，分別為數(shù)據(jù)管理模塊、安全性模塊、模型建模模塊、手術規(guī)劃模塊和工程服務模塊。如圖1所示，平臺圍繞核心功能模塊并細分子功能模塊與功能點。以下對這五個功能模塊做更詳細的介紹。

1.1 ?數(shù)據(jù)管理模塊

在該模塊中，主要包含了用戶管理、病例庫與系統(tǒng)配置子功能模塊。其中用戶管理子功能模塊實現(xiàn)了用戶注冊、驗證登陸、密碼重置與信息編輯等子功能點。病例庫子功能模塊進一步細分為新病例創(chuàng)建、數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)刪除、病例瀏覽、病例刪除、病例云端同步等子功能點。系統(tǒng)配置則包含了系統(tǒng)幫助頁面、軟件界面語言切換、醫(yī)院科室管理等子功能點。

1.2 ?安全性

在安全性模塊中主要包含了數(shù)據(jù)加密、病人隱私保護、權限訪問和日志記錄子功能模塊。數(shù)據(jù)加密子功能模塊針對傳輸中的DICOM影像、三維數(shù)據(jù)模型、圖片等數(shù)據(jù)文件進行壓縮打包、加密與一致性校驗，保障了關鍵數(shù)據(jù)的安全性與有效性。病人隱私保護子功能模塊負責對涉及病人隱私的信息進行匿名化，以符合醫(yī)用軟件的法律法規(guī)的特殊要求。比如，在瀏覽病例庫和DICOM影像的時候，將病人姓名等關鍵信息用特殊的序列ID號表示，這樣即滿足了信息回溯的需求，又不泄露病人的隱私。最后通過權限訪問與日志記錄子功能模塊，對整個平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性提供了更進一步保障。其中權限訪問子功能模塊對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的訪問邊界提供了限制，以保障數(shù)據(jù)只能被需要的人進行查看與編輯，并且所有的訪問與操作都會實時被日志記錄子功能模塊記錄保存。

1.3 ?模型建模

模型建模這個功能模塊是MiDIVI云平臺最為重要的功能核心模塊，通過該功能模塊用戶可以將二維DICOM影像轉化為三維模型，這是進一步實現(xiàn)實體模型打印、手術導板與個性化植入物的設計的必要步驟。

該模塊主要包含了以下幾個子功能模塊：

（1）DICOM瀏覽

實現(xiàn)了日常二維DICOM影像序列瀏覽所需的操作與工具，例如：窗寬窗位設置、常用器官窗寬窗位預設、影像翻頁、影像縮放、影像平移、三視圖（橫斷面、矢狀面與冠狀面）同步瀏覽，三視圖輔助定位十字線等。

（2）圖像分割

醫(yī)學圖像分割是醫(yī)學圖像處理和分析的關鍵步驟[5]，該子功能模塊通過閾值分割、框選分割、區(qū)域增長、團塊分割等方法工具，實現(xiàn)對二維DICOM影像序列在三維空間上的目標組織、器官的快速分離，其分割的結果以彩色的掩模（Mask）表示。通常是先采用閾值分割，以目標與背景在DICOM影像中的差異（例如對骨組織進行分割），設置合適的閾值范圍，進行分割提取。針對多目標組織、器官的分割要求（例如分別提取左、右腿骨），可在閾值分割的基礎上，進一步采用框選分割或區(qū)域增長實現(xiàn)。團塊分割是一種智能化的多目標分割方法，能夠自動的將不連續(xù)的物體分割為多個獨立的掩模。

（3）逐層編輯

采用圖層編輯的方式，對已有掩模進行加、減的編輯，可以設置每次作用的層數(shù)，實現(xiàn)多層同時編輯。主要的編輯方式有，畫刷編輯、套索編輯與插值編輯。其中畫刷編輯顧名思義，也就是以畫刷工具在掩模所顯示的圖層上，對其所經(jīng)過的路徑進行圖畫或擦除的操作。套索編輯是將所繪制套索區(qū)域內的區(qū)域進行填充或擦除的操作，這里可供選擇的套索工具有折線多邊形套索、曲線多邊形套索，自由路徑套索和磁性套索。插值編輯可以針對不同圖層上掩模編輯結果生成其之間的形態(tài)學插值，從而使用戶只需要在目標組織、器官的幾個關鍵圖層上進行掩模編輯即可得到整個目標的編輯結果。

（4）三維建模

針對圖像分割與逐層編輯所獲取的掩模，采用多邊形表面擬合算法進行三維重建，得到對應的三維模型。

1.4 ?手術規(guī)劃

通過模型建模功能模塊得到目標組織、器官的三維模型后，用戶可以采用手術規(guī)劃功能模塊進行以下子功能模塊的操作：

（1）模型觀察

在三維視圖中，提供了對一個或多個模型進行全方面觀察的操作工具。例如：視角旋轉、視角平移、模型顯示、模型隱藏、模型顏色設置、模型透明度設置、3D-DICOM三視圖等。

（2）測量規(guī)劃

用戶可在二維或三維（即DICOM影像與三維模型）視圖上進行測量與規(guī)劃操作，從而達到術前規(guī)劃的目的。主要的測量標記工具有角度測量、線段測量與標記、點標記和文字標記，這些工具都支持二三維聯(lián)動，即用戶在二維視圖的操作會同步顯示到三維視圖中，反之亦然。主要的規(guī)劃工具有模型旋轉和模型平移等。

（3）手術導板

手術導板，也稱術中導向工具，是根據(jù)術前三維模型為基礎生成的用于引導術中穿刺、截骨和置釘?shù)炔僮鲿r，引導方位、方向與深度的一種直觀有效的新型醫(yī)療器械。通過該子功能模塊，用戶只需在所期望的位置放置釘?shù)?、截骨面，調整角度并選擇手術區(qū)域即可快速生成導板模型，供打印實用。

（4）內植入物設計

該功能子模塊主要用于需要個性化定制醫(yī)療器械的手術場景，例如顱骨缺損的補償設計、由于腫瘤截骨導致的骨缺損的個性化假體設計、脊柱治療椎間融合器的設計等。通過對術前模型進行模擬截骨、結構生成、形態(tài)修補、微孔隙結構制作、局部平滑、模擬裝配等一系列步驟后通過生物兼容性材料，如鈦合金、聚醚醚酮（PEEK）等進行生產(chǎn)打印。

1.5 ?工程服務

工程服務功能模塊是基于云計算技術打造的結合醫(yī)工交互、協(xié)同設計與3D打印等功能的綜合性服務平臺。通過該服務平臺，用戶可以上傳待處理的DICOM影像，描述所需建模的目標組織、器官等要求，在遠程由我們的工程服務人員代為建模，并由用戶進行確認。對于還需要進一步設計手術導板或內植入物的用戶，也可以通過工程服務的方式發(fā)起請求，并對手術方案進行描述。通過增材制造與云計算技術的結合，使系統(tǒng)和地理上的分散化生產(chǎn)成為可能，用戶通過工程服務可以實現(xiàn)遠程模型打印，并通過快遞的方式獲取最終產(chǎn)品。當然對于能夠熟練使用軟件平臺的用戶，以上這些操作都可以自己獨立完成。

2 ?系統(tǒng)架構

隨著軟件復用技術和軟件模塊組件化思想的深入研究，現(xiàn)代軟件系統(tǒng)的設計也不再是之前的“程序=數(shù)據(jù)結構+算法”，而更多的是對軟件架構和業(yè)務流程的綜合研究與設計[6]。同時所采用的技術是否先進、穩(wěn)定與合理，對整個系統(tǒng)的成功至關重要。

2.1 ?關鍵技術

MiDIVI云平臺主要采用了以下關鍵技術進行開發(fā)：

（1）.NET開發(fā)平臺

該平臺由.NET框架和.NET開發(fā)工具組成[7]，是微軟支持下一代Internet軟件和服務的平臺，適用于構建各類軟件產(chǎn)品。作為新一代的開發(fā)平臺，它全面支持面向對象技術，包含多種高級開發(fā)語言，統(tǒng)一數(shù)據(jù)訪問組件ADO.NET，并集成了微軟下一代圖形系統(tǒng)WPF（Windows Presentation Foundation）。WPF使用全新XAML（eXtensible Application Markup Language）語言進行用戶界面開發(fā)，具備開發(fā)簡潔、圖形效果豐富、硬件適應性高、界面描述與程序代碼分離等特點。

（2）MVVM（Model-View-ViewModel）設計模式

該設計模式代表了模型、視圖和視圖模型，是MVC（Model-View-Controller）設計模式的一個變型，能夠更好的將業(yè)務對象邏輯與控制器邏輯從界面剝離，隔離了模型層與視圖層，同時避免了視圖層與控制器層的緊耦合[8]。這樣能夠讓界面設計人員和編程人員同步進行開發(fā)工作，提高軟件的開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期。

（3）云計算

云計算是通一種過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的利用計算機技術的方式，通過動態(tài)易擴展，且經(jīng)常是虛擬化的計算存儲、資源來提供服務[9]，具有便利性、可擴容性、經(jīng)濟性等優(yōu)勢。在公有云方面國外主要的提供商有IBM云，微軟云，亞馬遜云等，國內基礎云計算提供商還是以阿里云、盛大云和騰訊云為主。私有云也稱內部云，核心屬性是專有資源，部署在企業(yè)內部數(shù)據(jù)中心的防火墻內或某個安全的主機托管場所，通過網(wǎng)絡對合法用戶提供數(shù)據(jù)管理、資源共享及各類應用服務，具有更高的安全性[10]。

（4）Web Service

Web Service是目前在Internet環(huán)境下實現(xiàn)面向服務的體系結構（SOA）的主要技術方案[11]。采用XML格式來作為數(shù)據(jù)描述的統(tǒng)一格式，以WSDL文檔來描述自身定義，使用簡單對象訪問協(xié)議（SOAP）來進行調用，以取代傳統(tǒng)的組件調用方式，從而幫助消除使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言的系統(tǒng)之間存在的差異。

（5）VTK

VTK是一套進行數(shù)據(jù)可視化的通用開發(fā)工具包[12]，于1993年12月由美國GE公司研發(fā)部門的Will Schroeder和Ken Martin首次發(fā)布，之后開源交給美國Kitware公司進行維護。VTK功能強大，包含了超過2700個C++類，并且提供了基本醫(yī)學影像處理與分析所需的三維可視化技術，支持跨平臺開發(fā)，包括Windows，Linux，IOS等多種平臺，目前穩(wěn)定版本已經(jīng)發(fā)布到8.2.0版本。

（6）ITK

ITK的主要目的是提供醫(yī)學影像的分割與配準功能，是專門針對醫(yī)學影像領域開發(fā)的[13]。它起初是作為美國國家衛(wèi)生院下的可視化人體（Visual Human）項目的一個圖像處理工具發(fā)起的獨立開發(fā)項目，最終演化為ITK。該項目從1999年10月開始，到2002年10月結束，發(fā)行了ITK 1.0版本。目前ITK也由Kitware公司進行維護，穩(wěn)定版本已經(jīng)發(fā)布到4.13.1。

2.2 ?系統(tǒng)結構

在系統(tǒng)框架設計時分層結構是最常見也是最有效的一種結構，以求有效合理的組織相關構件，使其更高效的完成協(xié)同任務。其中最普遍的是三層架構設計，任何一個系統(tǒng)從應用邏輯上對其進行抽象細分，均可劃分為三層，自下而上分別為：數(shù)據(jù)訪問層（DAL）、業(yè)務邏輯層（BLL）和表示層[6]。

如圖2所示，MiDIVI云平臺在架構設計上也采用經(jīng)典的三層架構，對于每個具體應用功能設計都遵循MVVM設計模式，分別包含對應的Func-tionView，F(xiàn)unctionViewModel和FunctionModel。其中FunctionView與FunctionViewModel之間采用數(shù)據(jù)綁定的方式進行信息交互，F(xiàn)untionModel負責處理由FunctionViewModel傳遞的數(shù)據(jù)信息并通過事件消息將業(yè)務邏輯處理的結果反饋給FunctionVi?ew?-Model。這里采用事件消息反饋處理的結果而非直接函數(shù)接口調用是為了避免ViewModel與Model發(fā)生直接的相互依賴，從而導致顯示層與業(yè)務邏輯發(fā)生相互引用，破壞了三層架構的層次依賴關系。對于需要進行數(shù)據(jù)訪問的功能模塊，通過Func-tionModel對相應的數(shù)據(jù)訪問對象DataAccessObject進行調用，以獲取和操作本地數(shù)據(jù)庫或云服務中的信息。其中對于MiDIVI云服務中的數(shù)據(jù)通過WebService API進行訪問，本地數(shù)據(jù)庫則通過ADO.NET進行訪問。系統(tǒng)將醫(yī)學影像分析與處理的基礎功能封裝在MedicalUtility.FE與Medical-Utility.BE中，分別實現(xiàn)了顯示層與業(yè)務邏輯層的對應基礎功能需求，供應用功能模塊調用。

MiDIVI云平臺的物理結構設計如圖3所示。將MiDIVI云平臺軟件安裝在不同物理區(qū)域的標準工作站與便攜式工作站上，通過MiDIVI云服務實現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務的互聯(lián)與互通。其中MiDIVI云服務包含私有云與公有云兩部分，私有云作為業(yè)務支持的主體，公有云主要負責數(shù)據(jù)的備份工作，采用的是阿里云。醫(yī)生可將術前重建的模型與規(guī)劃方案同步到術中的便攜式工作站中，在手術中做進一步的確認與參照。也可將術前設計的手術導板或內植入物進行生產(chǎn)打印，供術中使用。同時MiDIVI云平臺預留了下一代應用的開發(fā)接口，以便將來集成更多的功能應用，例如，手持式設備工作站，混合現(xiàn)實與計算機輔助手術導航等。

3 ?系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

下面對系統(tǒng)主要功能的設計與實現(xiàn)做進一步的介紹。

3.1 ?數(shù)據(jù)管理

（1）用戶注冊、登陸

參見圖4，左邊展示的是用戶注冊界面，右邊為用戶登錄界面。為了保證數(shù)據(jù)訪問的安全性，MiDIVI云平臺用戶的注冊與驗證步驟在云端完成，用戶必須使用手機號碼并結合手機驗證碼才能完成注冊過程。若用戶在登錄時勾選了“記住密碼”與“自動登錄”的選項，那么就可以省去之后每次輸入密碼的繁瑣步驟。如果用戶遺忘了登錄密碼，通過“忘記密碼”這個功能入口，可以通過注冊的手機號獲取密碼重置的驗證碼，以實現(xiàn)密碼的重新設置。

（2）病例庫管理與瀏覽

如圖5所示，左邊是MiDIVI云平臺軟件登錄后的主界面，也稱病例庫，其中包含了病例創(chuàng)建，病例搜索，病例過濾與查看等病例管理的主要功能。病例庫會定時與MiDIVI云服務進行數(shù)據(jù)同步，以保證數(shù)據(jù)的一致性與完整性，用戶也可以通過手動點擊病例庫右下方的“立即同步”實現(xiàn)即時的數(shù)據(jù)同步。對于尚未完成同步的病例，在其病例圖標的右下角會顯示“未同步”的提示信息。用戶在創(chuàng)建病例時需要填寫病人與科室的相關信息，如病例名稱、科室與二級科室名、患者ID、患者姓名（必填）、患者性別（必選）、患者生日（必填），并填寫病例詳情、診斷內容等。用戶可以通過雙擊病例進入病例瀏覽頁面（參見圖5右側），進行數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)刪除與信息修改等操作。在病例瀏覽頁面中，用戶可以導入三種數(shù)據(jù)格式作為附件顯示在頁面下方的附件列表中供選中瀏覽，并在每個附件的左上方顯示附件的類型，即DCM表示DICOM影像、以3D表示三維模型和用IMG表示圖片。若附件還沒被上傳同步到云端，其右下角會顯示“未上傳”的提示信息。同時病例瀏覽頁面也是進入模型建模，工程服務與手術規(guī)劃等功能模塊的入口頁面，例如選中附件列表中的一個DICOM影像后，點擊“模型建模”進入模型建模功能模塊;或選中一個三維模型后，點擊“手術規(guī)劃”進入手術規(guī)劃功能模塊。下面將對這兩個功能模塊進行介紹。

3.2 ?模型建模

（1）DICOM瀏覽與圖像分割

在圖6的右側展現(xiàn)了模型建模中的四視圖系統(tǒng)，其中右下為三維視圖，用于顯示之后重建的三維模型。其他三個視圖，通常稱為三視圖，用于提供針對DICOM影像在不同視角下的瀏覽，分別為左上的冠狀面（紅色邊框）、右上的橫斷面（藍色邊框）和左下的矢狀面（綠色邊框）。在三個DICOM視圖中，用戶可以使用滾動條或鼠標中鍵的滾動實現(xiàn)翻頁瀏覽。同時在三視圖中可以利用十字線（兩根相互垂直彩色的輔助定位線，其色彩對應另兩個視圖），定位另兩個視圖在空間中與當前視圖的對應位置關系。在三維視圖中，可以通過點擊左上角的按鈕激活3D-DICOM顯示模式，獲取更直觀的效果。

從圖6到圖9分別展示了閾值分割、框選分割、區(qū)域增長和團塊分割。這些圖像分割的結果，結合原始DICOM影像在三視圖中以彩色掩模（Mask）的方式進行展現(xiàn)，也是之后三維建模的基礎數(shù)據(jù)來源。其中閾值分割是一種常用的圖像分割算法，通過設定不同的特征閾值范圍，把特定組織從醫(yī)學影像中分離出來。例如在圖6中采用了預設的骨骼分割閾值范圍（226-3071），其結果在三視圖中用黃色掩模表示，用戶可以定義每個掩模的顏色。閾值分割是其他分割算法的基礎，其他算法都是對閾值分割的結果做進一步處理。框選分割以空間長方體定義感興趣區(qū)域，提取相應的分割結果。如圖7所示，針對之前閾值分割的結果，采用框選分割框（三視圖中綠色框）選中兩節(jié)脊柱的椎體，確認后其結果以藍色的新掩模表示。區(qū)域增長通過選取種子點向外擴張的原理，從相關組織中剝離離散的組織（團塊）。如圖8所示，用戶在橫斷面視圖中為離散的骨塊增加了一個種子點（紫色），通過該種子點的增長，最終生成右側三視圖中的紫色掩模對應于該剝離的團塊。團塊分割能夠自動分割經(jīng)已有掩模中不相連的離散組織（團塊），多用于離散組織多且不規(guī)整的場景，例如多器官分割，骨折分析等。如圖9所示，用戶在列表中選擇已有掩模，點擊工具欄中的團塊分割子功能模塊，即可獲取分離后的團塊，其結果以不同顏色的掩模表示。

（2）三維建模

如圖10所示，用戶在列表中選擇一個已分割完畢的掩模，點擊對應的“重建”按鈕后，系統(tǒng)在后臺開始三維重建。所得到的模型在三維視圖中顯示，為面繪制模型，即通過幾何單元拼接擬合物體表面來描述物體三維結構，可用于實體模型打印與之后的手術規(guī)劃。

（3）逐層編輯

對于已分割完畢的掩模用戶還可以應用逐層編輯的方式進行手工編輯，實現(xiàn)人工干預與優(yōu)化。如圖11所示，用戶可以選擇編輯的工具種類，可以選擇是在原有掩模上添加新的覆蓋區(qū)域還是擦除已有的覆蓋區(qū)域，可以指定每次操作應用在多少層數(shù)據(jù)上，等等。在確認編輯的結果后，用戶可以重新生成新的三維模型。

3.3 ?手術規(guī)劃

（1）模型觀測

如圖12所示，針對脛骨骨折病例，用戶將重建后的各個骨塊模型導入手術規(guī)劃功能模塊，進行觀察與測量。在操作界面的右上部分列出了所有被加載的模型，用戶可以設置各個模型的顏色與透明度，以獲得最佳的觀察效果。在手術規(guī)劃模塊中以四個視圖對模型進行觀察與操作，即自由視圖，前視圖，俯視圖與側視圖。在自由視圖中用戶可以通過鼠標操作從不同的視角來對模型進行觀察，其余三個視圖為固定視角。用戶通過使用右下方的標識測量功能，可以實現(xiàn)對模型的距離與角度的測量，或采用文字標識的方式對關鍵點進行描述，對術中提供指導。

（2）模型移動

如圖13所示，用戶通過模型移動操作工具將骨折部分復位后，正在進行術前模擬植入物（鈦合金接骨板）的裝配。該操作工具由x，y，z坐標軸與坐標軸之間的四分之一圓弧組成。用戶以鼠標左鍵選中坐標軸或圓弧后，通過拖動的方式進行操作，其中坐標軸用于在該方向上的模型平移操作，圓弧用于在該平面上的模型旋轉操作。

（3）導板制作

如圖14所示，針對足部拇外翻的病例，用戶正在設計用于術中的V型截骨導板。通過右側的導板設計工具，用戶能夠定義導板覆蓋的區(qū)域，截骨面的位置和用于固定導板的克氏針釘?shù)?。通過參數(shù)化的設置，用戶能夠更精細的調整釘?shù)赖目讖?、深度和方向，截骨面的厚度，寬度和深度，最后點擊確定開始導板的生成，所生成結果的見圖15。

3.4 ?工程服務

在病例瀏覽頁面中用戶除了能夠自己完成模型建模與手術規(guī)劃外，還直接發(fā)起工程服務由云端的MiDIVI工程服務團隊來完成這些工作，見圖16。通過MiDIVI云平臺軟件，用戶能夠填寫服務需求并附帶相關的影像數(shù)據(jù)，得到服務團隊的即時反饋，提交修改要求并最終確認，實現(xiàn)了醫(yī)工交互的完整流程。在圖17中，描述了當用戶提出實體模型打印工程服務時，所對應的標準服務流程。

4 ?結束語

隨著醫(yī)學成像技術的高速發(fā)展與日益復雜的手術要求，傳統(tǒng)醫(yī)學影像處理軟件已經(jīng)難以滿足臨床醫(yī)生的需求。MiDIVI云平臺不僅關注臨床醫(yī)生對于診斷端的需求，更關注其對于治療端的迫切需求，同時保證了數(shù)據(jù)的安全性。平臺中包含了數(shù)據(jù)管理、模型建模、三維可視化、工程服務、手術規(guī)劃等核心功能模塊，目前在南京、長沙、青島、合肥等諸多三甲醫(yī)院的科研合作中獲得了一致的好評。在不久的將來，我們會把手術導航與混合現(xiàn)實方案也加入到平臺之中，這勢必將極大地提高臨床手術的準確性和科學性，從而提高治療水平，為影像及臨床學科的發(fā)展提供強大的幫助。

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