X線透視圖像（2D）與CT體積圖像（3D）配準(zhǔn)方法研究及其應(yīng)用.pdf

1、利用2D/3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù)，可以將二維動(dòng)態(tài)的X線透視圖像轉(zhuǎn)化為三維模型的仿真運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)膝關(guān)節(jié)在體靜態(tài)及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，從而準(zhǔn)確全面地評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)微損傷的早期診斷。同時(shí)，通過術(shù)前CT體積圖像與X線透視圖像的2D/3D配準(zhǔn)，對(duì)手術(shù)刀或?qū)Ш桨舻奈恢眠M(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助下的骨科手術(shù)導(dǎo)航。 本文的目的在于研制出2D/3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的系統(tǒng)。因此，針對(duì)2D/3D配準(zhǔn)中的一系列技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)。

2、 在合理建立坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，利用光線跟蹤(Ray Tracing)算法計(jì)算DRR(Digitally Reconstructed Radiograph)圖像，以SLNC(Sum of Local Normalized Correlation)為相似性測(cè)度，結(jié)合SimulatedAnnealing算法的全局優(yōu)化能力強(qiáng)和Powell算法的計(jì)算速度快的優(yōu)點(diǎn)，與實(shí)際x線透視圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。為了提高系統(tǒng)配準(zhǔn)效率，同時(shí)采用了相應(yīng)措施，如圖像插值、灰

3、度壓縮、多分辨率采樣。 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，用已知位置的DRR圖像作為參考圖像，對(duì)于該配準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確性測(cè)試。從測(cè)試的結(jié)果看，在一定的視角范圍內(nèi)，配準(zhǔn)精度可以滿足臨床上的需要，即各軸平移量的誤差在1mm以內(nèi)，繞各軸旋轉(zhuǎn)量的誤差在1°以內(nèi)。 將C型臂X線透視機(jī)GE-OEC FlexiView8800采集的人體脊椎右前、左前位X線透視參考圖像，以及G型臂X線透視機(jī)Biplanar 500采集的膝關(guān)節(jié)正、側(cè)位圖像各自

4、與相應(yīng)的CT體積數(shù)據(jù)進(jìn)行了配準(zhǔn)。其中，參考圖像既有最常見的位圖，也有臨床專用的DICOM。 最后，用實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：相互垂直的雙幅圖像作為參考圖像共同參與配準(zhǔn)，在一定程度上避免遇到局部極值，進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能。 從配準(zhǔn)的結(jié)果看，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了2D/3D配準(zhǔn)的目標(biāo)，取得了令人滿意的效果。此外，這一配準(zhǔn)系統(tǒng)由于無需標(biāo)記點(diǎn)的植入，不具有侵入性，較低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；配準(zhǔn)不基于圖像特征，所以無需對(duì)圖像分割以提取輪廓線，所以對(duì)不會(huì)帶來人為誤差