X線透視圖像（2D）與CT體積圖像（3D）配準方法研究及其應用.pdf

1、利用2D/3D醫(yī)學圖像配準技術(shù)，可以將二維動態(tài)的X線透視圖像轉(zhuǎn)化為三維模型的仿真運動，檢測膝關(guān)節(jié)在體靜態(tài)及動態(tài)穩(wěn)定性，從而準確全面地評價膝關(guān)節(jié)的運動功能，實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)微損傷的早期診斷。同時，通過術(shù)前CT體積圖像與X線透視圖像的2D/3D配準，對手術(shù)刀或?qū)Ш桨舻奈恢眠M行實時跟蹤，實現(xiàn)計算機輔助下的骨科手術(shù)導航。 本文的目的在于研制出2D/3D醫(yī)學圖像配準的系統(tǒng)。因此，針對2D/3D配準中的一系列技術(shù)關(guān)鍵點進行了理論分析和實驗。

2、 在合理建立坐標系的基礎(chǔ)上，利用光線跟蹤(Ray Tracing)算法計算DRR(Digitally Reconstructed Radiograph)圖像，以SLNC(Sum of Local Normalized Correlation)為相似性測度，結(jié)合SimulatedAnnealing算法的全局優(yōu)化能力強和Powell算法的計算速度快的優(yōu)點，與實際x線透視圖像進行配準。為了提高系統(tǒng)配準效率，同時采用了相應措施，如圖像插值、灰

3、度壓縮、多分辨率采樣。 為了驗證系統(tǒng)的準確性和可靠性，用已知位置的DRR圖像作為參考圖像，對于該配準系統(tǒng)進行準確性測試。從測試的結(jié)果看，在一定的視角范圍內(nèi)，配準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Biplanar 500采集的膝關(guān)節(jié)正、側(cè)位圖像各自

4、與相應的CT體積數(shù)據(jù)進行了配準。其中，參考圖像既有最常見的位圖，也有臨床專用的DICOM。 最后，用實驗結(jié)果證實：相互垂直的雙幅圖像作為參考圖像共同參與配準，在一定程度上避免遇到局部極值，進一步改善系統(tǒng)性能。 從配準的結(jié)果看，系統(tǒng)實現(xiàn)了2D/3D配準的目標，取得了令人滿意的效果。此外，這一配準系統(tǒng)由于無需標記點的植入，不具有侵入性，較低了手術(shù)風險；配準不基于圖像特征，所以無需對圖像分割以提取輪廓線，所以對不會帶來人為誤差