醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法研究及其在相控HIFU中的應(yīng)用.pdf

1、HIFU（High Intensity Focused Ultrasound,高強(qiáng)度聚焦超聲）治療技術(shù)的基本原理是：通過(guò)一定的聚焦方式將高聲強(qiáng)超聲能量聚焦于人體組織，在組織內(nèi)形成高聲強(qiáng)焦區(qū)，局部產(chǎn)生65度以上的瞬態(tài)高溫，通過(guò)高溫下的熱效應(yīng)、空化作用及機(jī)械作用等生物學(xué)效應(yīng)破壞腫瘤組織，而對(duì)焦區(qū)外的正常細(xì)胞幾乎沒(méi)有損傷，從而實(shí)現(xiàn)癌癥的局部根治性治療。由于其精確性和高效性，HIFU治療技術(shù)成為當(dāng)今國(guó)際醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)突出的研究熱點(diǎn)。

2、 HIFU應(yīng)用于臨床，取決于對(duì)焦區(qū)精確的引導(dǎo)和控制。HIFU治療溫度內(nèi)，靶區(qū)組織發(fā)生凝固性壞死，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)變，這為影像學(xué)應(yīng)用于HIFU 中奠定了基礎(chǔ)。圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)：識(shí)別腫瘤邊界，引導(dǎo)HIFU系統(tǒng)準(zhǔn)確定位、保證靶區(qū)周圍正常組織安全無(wú)損、動(dòng)態(tài)觀察治療效果。 超聲以其快速、準(zhǔn)確、成像靈活的特點(diǎn)成為HIFU治療中的監(jiān)測(cè)手段，但其本身固有的缺陷，如：無(wú)法穿越骨骼和空腔、成像質(zhì)量較差等，使超聲監(jiān)控不能脫離手術(shù)前

3、其他精確的3D圖像所提供的解剖結(jié)構(gòu)信息。有效地利用手術(shù)前分割出來(lái)的腫瘤目標(biāo)，結(jié)合手術(shù)中的實(shí)時(shí)超聲圖像所提供的位置信息，可以實(shí)現(xiàn)HIFU外科手術(shù)手術(shù)精確的引導(dǎo)和控制。 圖像引導(dǎo)的手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)主要由術(shù)前的治療計(jì)劃，術(shù)中的實(shí)時(shí)三維超聲成像及術(shù)前和術(shù)中圖像的配準(zhǔn)融合三部分組成。多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)術(shù)中超聲圖像和術(shù)前CT/MRI圖像的位置和結(jié)構(gòu)信息的融合，因而在整個(gè)手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。本文針對(duì)多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行理

4、論研究和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 本文首先研究了水平集分割方法，并針對(duì)超聲圖像邊緣模糊的特點(diǎn)，利用圖像全局信息構(gòu)造速度函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲圖像邊緣的提取。 在配準(zhǔn)方法中，本文針對(duì)基于特征和基于灰度的兩類方法進(jìn)行了研究。實(shí)現(xiàn)了ICP算法，并通過(guò)多級(jí)配準(zhǔn)、根據(jù)特征進(jìn)行采樣以及更新采樣集合等措施提高ICP算法的效率和精度。將互信息的概念應(yīng)用到基于特征的配準(zhǔn)方法中，實(shí)現(xiàn)基于形狀特征點(diǎn)最大互信息方法，該方法在效率和精度上都比傳統(tǒng)的最大互信息方法有所