背景：阴茎延长手术在临床上是短小阴茎常用的矫正方法，尽管手术方式已较为成熟，但是手术效果的患者满意率尚不尽如人意。患者不满意有两种情况：一种是手术本身是成功的，但患者缺乏对手术效果直观的认识，期望值过高；另一种是手术本身未成功，影响手术成功与否的重要因素是对应用解剖及手术技巧的掌握程度。从上述两方面入手，有必要寻找一种手段，一方面可以让患者术前就对手术效果有个直观的认识；另一方面可以帮助医生更好地掌握局部解剖和手术操作。利用计算机虚拟现实技术建立手术过程的模拟动画，已经成为整形外科领域的研究内容之一。动画演示形象、直观、易于理解。比起复杂抽象的医学名词，动画演示更能被患者理解，能够加强患者的手术认知，为达成医患共识、减少医疗纠纷、提高术后满意率提供支持。手术动画演示还可用于医疗培训，在动画中透明显示外层解剖结构，使器官之间由于位置关系的遮挡而阻碍观察视线的问题得以解决，能够提高年轻医生对手术本身的认识和理解。但是，目前用于医疗培训和辅助医患沟通的阴茎延长手术模拟动画国内外尚未见报道。与阴茎延长手术有关的解剖结构、血管神经丰富，解剖层次及空间关系复杂，掌握难度大。传统医疗训练中，文字描述、二维图片、尸体标本是解剖知识最常用的学习方式。但是，文字描述抽象，二维图片很难反映解剖结构的三维形态以及各结构的空间位置关系，尸体标本资源有限且不能重复使用。虚拟器官漫游系统有助于解决上述问题。漫游系统以解剖结构丰富、空间关系清晰的人体三维模型为基础，结合虚拟现实技术中的漫游和交互技术，为使用者提供了在虚拟场景中直观、动态观察人体解剖结构的平台。缺乏精确的解剖学理论基础，合理的外科操作就无从谈起。为此，建立虚拟阴茎解剖结构漫游系统来帮助年轻医生掌握解剖基础十分必要。无论是实现阴茎延长手术动画演示，还是虚拟阴茎解剖漫游系统，建立阴茎及其毗邻结构的虚拟三维模型都是首要步骤。课题组初期以数字化可视人体数据集(Chinese Visible Human, CVH)为基础建立了阴茎及其毗邻组织的可视化模型，但尚存在三点不足：①阴茎外观扭曲；②解剖结构不完整；③建模数据来自尸体标本而非具体患者。为此，本研究首先探讨基于磁共振图像建立阴茎及其毗邻结构三维虚拟模型的可行性。之后在模型基础上实现阴茎延长手术的三维动画演示和解剖结构的虚拟漫游系统。以期为阴茎延长手术的医疗培训以及有效的医患沟通提供良好的数字化资源。方法：第一部分：采用3.0T磁共振成像系统对健康成人阴茎及其毗邻结构进行不同层厚（1.0、3.0和5.0mm）的T1WI和T2WI轴位扫描。比较不同参数对成像效果的影响，确定能够清晰显示解剖结构，满足建模要求之最适扫描参数。采用此参数获得磁共振图像，在Amira软件中运用面绘制方法对阴茎及其毗邻结构进行三维重建和立体显示。第二部分：（1）使用Maya软件对第一部分建立的阴茎及其毗邻结构三维模型进行优化，包括①简化模型，在保持原模型三维形态基本不变的情况下，减少该模型的顶点数、边数和面数；②手工补充解剖结构，将以往解剖学研究所描述之解剖形态特征作为参考，在原模型基础上补充血管神经等结构；③为模型添加纹理贴图，使模型更具真实感。（2）基于优化模型，使用Maya软件的关键帧动画制作技术，建立表现阴茎解剖形态和阴茎延长手术操作步骤的动画视频。第三部分：采用第二部分的三维优化模型，使用Unity3D游戏引擎制作虚拟阴茎及其毗邻解剖结构漫游系统。编写JavaScript程序，实现漫游系统的基本功能。结果：1、3.0mm层厚轴位T2WI中阴茎海绵体、阴茎悬韧带及毗邻解剖结构的轮廓特征更为清晰。基于该MR图像序列的三维重建模型能够显示阴茎海绵体、尿道海绵体、耻骨联合、阴茎悬韧带等结构的三维形态和相互位置关系。可见阴茎悬韧带呈纵行附着于耻骨联合与阴茎海绵体背侧之间，阴茎海绵体脚附着于耻骨下支。2、（1）三维优化模型在顶点数、边数和面数减少的同时仍维持原有三维形态；优化模型中补充了阴茎背部血管神经、前列腺周围血管神经束、阴茎系韧带等结构，还原了阴茎从浅至深的解剖层次；优化模型的表面具有逼真的纹理贴图。（2）动画视频模拟了阴茎延长手术的操作步骤，包括切开皮肤、离断阴茎系韧带和部分悬韧带、释放阴茎海绵体的过程。动画中透明显示外层解剖结构，使器官之间由于位置关系的遮挡而阻碍观察视线的问题得以解决。3、虚拟阴茎及其毗邻解剖结构漫游系统中解剖结构的显示效果逼真，能很好的展现解剖结构的三维形态和空间位置关系。在该漫游系统中，使用者通过鼠标和键盘可实现：①放大/缩小模型；②平行移动模型；③任意角度旋转模型；④隐藏/显示某一解剖结构；⑤显示被选择的解剖结构名称等操作。同时，该漫游系统作为一个可执行程序（.exe格式），能够独立地运行于Windows操作系统的个人计算机上，具有良好的共享性。结论：1、确定了满足阴茎及其毗邻结构三维重建要求之磁共振最佳扫描参数（3.0mm层厚轴位T2WI）。三维重建模型正确的表现了阴茎及其毗邻结构，特别是阴茎海绵体和阴茎悬韧带的三维形态和空间位置关系。2、使用Maya软件可对三维重建模型进行优化，提高模型的完整性、真实感和逼真度。基于优化模型制作的阴茎延长手术动画演示可作为医疗培训和辅助医患沟通的数字化资源。3、成功建立了虚拟阴茎及其毗邻解剖结构漫游系统，系统能够逼真地显示相关解剖结构，同时具有良好的可交互性和共享性，可作为学习阴茎解剖的数字化平台。