成人心脏解剖结构数学模型是结合计算机技术和现代医学图像,将心脏的解剖结构数字化、可视化,是一种表达人体器官功能信息的手段。数字化的心脏解剖结构模型可以服务很多领域,比如医学教学、生物医学工程以及临床医学诊治等方面。早在1978年Marani就首次提出了使用冰冻切片进行组织结构三维重建的方法,但受当时计算机技术的限制,还无法重建出真实的器官结构。1988年SPocek首次用个人电脑完成了人体器官结构的三维重建,该方法快速!简单!有效。九十年代后期很多研究小组开始运用临床医学影像系统如电子显微镜、DSA、CT、MRI等方法获取体断层切面图像并对相关结构作重建和评估"这些三维重建的方法论研究提供了全新的思路,也直接促成了数字化虚拟人项目的产生。人们对虚拟人的期望首先是能够从几何角度定量描绘人体形态学的解剖结构,随后希望加上组织力学!形变等物理特性以及融合器官组织生理功能构建完整的“生理人”。虚拟心脏的研究工作正是遵循着这个思路。

    心脏作为人体血液循环的动力器宫,腔室较多,内部结构很不规则,是高度特异化发展的器官组织"不同组织功能包含不同的细胞,其中心肌细胞所占的比重最大,主要由心肌纤维构成"心肌组织之间通过缝隙连接彼此相连"心肌组织大多对牵张敏感,这会影响心脏结构!力学!生理功能之间的相互作用"再加上电兴奋传导,就构成了心脏整体复杂的电力学特性"除了与体循环和肺循环相匹配的大血管相连,心脏内部还有保证血液单向流动的瓣膜结构"心脏本身也有一套血管系统,用于心脏的能量供应"虚拟心脏数学模型务求能最大程度的包含这些生理结构的细节,正确的把握各类组织的功能梯度和彼此间的关系"作为模拟真实心脏生理活动的先决条件,解剖结构数学模型的影响很大,要求也很高,任何部位组织构成的改变都有可能影响到心脏的功能。

    心脏解剖结构的重建可以基于不同的数据源,一般都以数字图像为载体"所以数字图像以及数字图像处理技术为目前构建心脏解剖结构数学模型的基础"首先要是获取原始形态学图像,比如磁共振成像、CT、超声成像、或虚拟人断层图像。其次作预处理,增强图像质量"接下来是分割,找出关注的区域"从这些区域中提取出某些特征,对组织分类"最后是三维数据的体重建,包括网格划分及可视化"在过程需要用到先验的解剖学知识作为指导并配合软件人工辅助处理。