成人心臟解剖結(jié)構(gòu)數(shù)學模型是結(jié)合計算機技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學圖像,將心臟的解剖結(jié)構(gòu)數(shù)字化、可視化,是一種表達人體器官功能信息的手段。數(shù)字化的心臟解剖結(jié)構(gòu)模型可以服務很多領(lǐng)域,比如醫(yī)學教學、生物醫(yī)學工程以及臨床醫(yī)學診治等方面。早在1978年Marani就首次提出了使用冰凍切片進行組織結(jié)構(gòu)三維重建的方法,但受當時計算機技術(shù)的限制,還無法重建出真實的器官結(jié)構(gòu)。1988年SPocek首次用個人電腦完成了人體器官結(jié)構(gòu)的三維重建,該方法快速!簡單!有效。九十年代后期很多研究小組開始運用臨床醫(yī)學影像系統(tǒng)如電子顯微鏡、DSA、CT、MRI等方法獲取體斷層切面圖像并對相關(guān)結(jié)構(gòu)作重建和評估"這些三維重建的方法論研究提供了全新的思路,也直接促成了數(shù)字化虛擬人項目的產(chǎn)生。人們對虛擬人的期望首先是能夠從幾何角度定量描繪人體形態(tài)學的解剖結(jié)構(gòu),隨后希望加上組織力學!形變等物理特性以及融合器官組織生理功能構(gòu)建完整的“生理人”。虛擬心臟的研究工作正是遵循著這個思路。

    心臟作為人體血液循環(huán)的動力器宮,腔室較多,內(nèi)部結(jié)構(gòu)很不規(guī)則,是高度特異化發(fā)展的器官組織"不同組織功能包含不同的細胞,其中心肌細胞所占的比重最大,主要由心肌纖維構(gòu)成"心肌組織之間通過縫隙連接彼此相連"心肌組織大多對牽張敏感,這會影響心臟結(jié)構(gòu)!力學!生理功能之間的相互作用"再加上電興奮傳導,就構(gòu)成了心臟整體復雜的電力學特性"除了與體循環(huán)和肺循環(huán)相匹配的大血管相連,心臟內(nèi)部還有保證血液單向流動的瓣膜結(jié)構(gòu)"心臟本身也有一套血管系統(tǒng),用于心臟的能量供應"虛擬心臟數(shù)學模型務求能最大程度的包含這些生理結(jié)構(gòu)的細節(jié),正確的把握各類組織的功能梯度和彼此間的關(guān)系"作為模擬真實心臟生理活動的先決條件,解剖結(jié)構(gòu)數(shù)學模型的影響很大,要求也很高,任何部位組織構(gòu)成的改變都有可能影響到心臟的功能。

    心臟解剖結(jié)構(gòu)的重建可以基于不同的數(shù)據(jù)源,一般都以數(shù)字圖像為載體"所以數(shù)字圖像以及數(shù)字圖像處理技術(shù)為目前構(gòu)建心臟解剖結(jié)構(gòu)數(shù)學模型的基礎(chǔ)"首先要是獲取原始形態(tài)學圖像,比如磁共振成像、CT、超聲成像、或虛擬人斷層圖像。其次作預處理,增強圖像質(zhì)量"接下來是分割,找出關(guān)注的區(qū)域"從這些區(qū)域中提取出某些特征,對組織分類"最后是三維數(shù)據(jù)的體重建,包括網(wǎng)格劃分及可視化"在過程需要用到先驗的解剖學知識作為指導并配合軟件人工輔助處理。