成人心臟解剖結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型是結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)圖像,將心臟的解剖結(jié)構(gòu)數(shù)字化、可視化,是一種表達(dá)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(wù)很多領(lǐng)域,比如醫(yī)學(xué)教學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程以及臨床醫(yī)學(xué)診治等方面。早在1978年Marani就首次提出了使用冰凍切片進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)三維重建的方法,但受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的限制,還無(wú)法重建出真實(shí)的器官結(jié)構(gòu)。1988年SPocek首次用個(gè)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(jiǎn)單!有效。九十年代后期很多研究小組開始運(yùn)用臨床醫(yī)學(xué)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(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)作重建和評(píng)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(xiàng)目的產(chǎn)生。人們對(duì)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(xué)的解剖結(jié)構(gòu),隨后希望加上組織力學(xué)!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(gè)思路。

    心臟作為人體血液循環(huán)的動(dòng)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(xì)胞,其中心肌細(xì)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(guò)縫隙連接彼此相連"心肌組織大多對(duì)牽張敏感,這會(huì)影響心臟結(jié)構(gòu)!力學(xué)!生理功能之間的相互作用"再加上電興奮傳導(dǎo),就構(gòu)成了心臟整體復(fù)雜的電力學(xué)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?jiǎn)蜗蛄鲃?dòng)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(yīng)"虛擬心臟數(shù)學(xué)模型務(wù)求能最大程度的包含這些生理結(jié)構(gòu)的細(xì)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(shí)心臟生理活動(dòng)的先決條件,解剖結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)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(xué)模型的基礎(chǔ)"首先要是獲取原始形態(tài)學(xué)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(yù)處理,增強(qiáng)圖像質(zhì)量"接下來(lái)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(duì)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(guò)程需要用到先驗(yàn)的解剖學(xué)知識(shí)作為指導(dǎo)并配合軟件人工輔助處理。