科创中国
基于云计算的临床医学影像三维快速重建与交互系统
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-10-02 20:26:26
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”工业互联网产业科技服务团| 金仁政 | 2023-11-28 17:00:07
本项目的研究涉及多方面的新技术和方法，归结起来主要有以下几个方面：
1.云计算技术：重点是搭建一个基于云计算的临床医学影像三维快速重建与临床技能教学与培训功能的系统体系架构。创建一个可供医学影像处理和临床技能教学培训相结合的专用私有云。
2.临床医学特定技术，如：三维数据场、容积重建、任意平面（曲面）重组、表面遮盖显示、虚拟内窥镜、最大（小）密度投影等技术。
3.虚拟现实技术（VR）：运用虚拟现实技术, 虚拟人体、人体的各个部位、各种器官或功能、行为等都能逼真地模拟出来。通过计算机生成的三维虚拟人体模型,还能模拟实现完整的治疗过程,非常适用于整体临床思维能力的培养及相关系列的临床基本操作技能的训练。
4.协同技术：利用CSCW技术可建立一个具有跨时空的医学诊断和教学环境,在这个环境中学习者可以灵活方便地采取多种学习方式,观察与交流临床的诊断和技能的操作。该技术的重点是强调支持动态协同过程,用丰富的软件功能满足师生之间的交互活动,有效记录交互活动的内容,在网络环境支持下实现跨越时间和空间的交互协同过程。
本项目的实现采用了云计算技术、医学影像处理、三维重建（快速）、视音频压缩、虚拟现实、以及交互可视化等技术，体现了新技术在医学领域的整合运用，将临床诊断和技能教学融为一体，为我国医疗信息化建设和提升临床医学整体水平做出了创新性的贡献。
本项目的主要创新点归纳为：
1.提出了基于云计算技术的临床医学影像三维快速重建和交互系统思想，并将临床医学诊断与临床技能教学融为一体。
2.实现了临床医学影像的三维快速重建，解决了三维重建中的几项关键技术。为临床医疗的诊断、手术计划、入路、模拟等提供了可能，并为术前、术中、术后的结果对比，反馈与评价奠定了基础。
3.实现了临床医学影像三维重建后的交互可视化功能，使得医学影像重建具有准确迅速、高清可视、一目了然、任意角度、任意切割、放大缩小、定位准确、交互流畅、操作便捷等特点。
4.集成了临床诊断、教学、技能见习、实习、实训等功能为一体的系统，构成一个跨越时空的临床医学共同体。
本项目的研究涉及多方面的新技术和方法，归结起来主要有以下几个方面：
1） 云计算技术：重点是搭建一个基于云计算的临床医学影像三维快速重建与临床技能教学与培训功能的系统体系架构。创建一个可供医学影像处理和临床技能教学培训相结合的专用私有云。
2） 临床医学特定技术，如：三维数据场、容积重建、任意平面（曲面）重组、表面遮盖显示、虚拟内窥镜、最大（小）密度投影等技术。
3） 虚拟现实技术（VR）：运用虚拟现实技术, 虚拟人体、人体的各个部位、各种器官或功能、行为等都能逼真地模拟出来。通过计算机生成的三维虚拟人体模型,还能模拟实现完整的治疗过程,非常适用于整体临床思维能力的培养及相关系列的临床基本操作技能的训练。
4） 协同技术：利用CSCW技术可建立一个具有跨时空的医学诊断和教学环境,在这个环境中学习者可以灵活方便地采取多种学习方式,观察与交流临床的诊断和技能的操作。该技术的重点是强调支持动态协同过程,用丰富的软件功能满足师生之间的交互活动,有效记录交互活动的内容,在网络环境支持下实现跨越时间和空间的交互协同过程。
本项目可广泛应用于各类医疗机构，包括医院、医学院，基层医疗机构和卫生院等，就目前统计的三甲医院就有3000多所，二甲医院有1万多所，医学院有500所，其产业规模可谓无法估量。
由于本项目产品的实用性、稳定性、功能的可扩展性，并可进行不断的改进和升级，以适应不同用户的需要，可以先通过1-2年的应用实绩后（重点选择一些三甲医院、医学院），随后可重点开始进行产品的市场推广活动（化地区和分类推广）。市场前景无疑肯定看好。
邱博士带领她的团队通过嵌入式开发，完成3秒快速重建，真实还原人体可视化，并进行人机交互，可以从任意角度观察提取及切割，提供了传统手段无法获得的解剖结构信息，帮助医生对病变体和周围组织进行详细分析，实现了动态交互三维技术的突破。实现手术计划手术模拟，可广泛应用于临床医生术前计划，术前模拟，术后评估，对医学院学生可进行虚拟实验活体解剖实验教学，极大提高手术的精准度，缩短高风险手术的时间，提高低年资医生的快速成长路径。解决了目前医学影像由二维断层图像组成到三维重建面临许多困难。如昂贵的GPU级图像工作站、数据量大，很难网络传输、动态三维技术不成熟等问题。
近些年来，国内一些高等医学院校和企业开始着手模拟器官、虚拟实验室、虚拟医院建设，把虚拟现实技术逐步应用到现代临床医学诊断和技能培训教育中。然而，各类技术在医学领域的总体应用，尤其是医学技能培养方面尚处于起步阶段，仅有个别的关于医学影像数据进行虚拟三维重建等的报道，但实际临床运用和医学技能教学方面还没有实际案例。而在利用真实的人体元数据集（如CT、MIR、PET等中具有DICOM标准的元数据），通过三维重建技术建立人体器官的模型，为医学研究与实际教学提供形象而真实的模型，尤其在医学影像三维快速重建与可视化交互技术结合，医学实际教学应用方面至今我国尚处于空白。本项目对医疗诊断、临床医学教学的手段与方式的革新具有颠覆性的意义。
预期经济指标和达产规模
(1) 项目产品的市场定价
本项目产品的市场价定位在20-40万元/套。考虑到扣除项目产品的开发费用（包括人员费、测试费），维护费用、管理费用、销售费用、财务费用、折旧费、摊销费等费用，本项目产品的税前利润定位可在20%-40%左右。
(2)达产规模
本项目执行期为三年，目前，本项目已经基本完成中试，效果显著，完全可以进行小批量生产，直接进入市场。
技术合作
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