本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于肝臟介入診療的超聲圖像分析與導(dǎo)航方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像以及臨床診療技術(shù)的發(fā)展,圖像引導(dǎo)肝臟介入手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)在臨床疾病診療中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于實(shí)時(shí)性好、無輻射等優(yōu)勢,超聲成像成為肝臟臨床手術(shù)診療最為重要的圖像數(shù)據(jù)源之一。然而,由于受成像機(jī)理的限制,超聲圖像邊緣較為模糊、噪聲多且視野狹窄,病灶區(qū)域難以精確分辨。將術(shù)中實(shí)時(shí)采集的超聲圖像與術(shù)前采集的CT圖像進(jìn)行配準(zhǔn)融合顯示,可有效提高手術(shù)操作的精確度,減少手術(shù)時(shí)間并降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。本文針對超聲成像技術(shù)特點(diǎn),重點(diǎn)研究超聲引導(dǎo)手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)核心關(guān)鍵問題,包括:超聲體數(shù)據(jù)重建、超聲/CT圖像配準(zhǔn)等,為介入手術(shù)導(dǎo)航提供技術(shù)支撐,該技術(shù)的成功應(yīng)用將大幅提高手術(shù)治療的精準(zhǔn)度,減小臨床手術(shù)創(chuàng)傷,有效降低手術(shù)并發(fā)癥發(fā)生的概率。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性工作包括:(1)針對超聲圖像模擬方法精度低、復(fù)雜度高的問題,提出一種基于CT切片的超聲圖像快速模擬方法。采用多尺度血管增強(qiáng)算法對術(shù)前采集的CT圖像進(jìn)行管狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng),基于超聲的傳播及成像規(guī)律,提出了一種超聲圖像灰度計(jì)算的相鄰像素差值比重方法,求解超聲在人體組織中傳播的反射系數(shù),實(shí)現(xiàn)對單換能器超聲圖像的快速模擬;采用離散窗函數(shù)Kaiser Window實(shí)現(xiàn)多換能器超聲反射和衰減系數(shù)的快速計(jì)算及實(shí)時(shí)融合,完成基于CT切片的超聲圖像快速模擬。(2)針對超聲體數(shù)據(jù)重建過程由于插值計(jì)算而易引起邊界模糊的問題,提出一種基于全局模塊最優(yōu)匹配的超聲體數(shù)據(jù)重建方法。構(gòu)建了超聲像素的特征描述方法,計(jì)算像素的最優(yōu)貢獻(xiàn)距離,實(shí)現(xiàn)對其相鄰體素的賦值計(jì)算;針對超聲體數(shù)據(jù)中空缺區(qū)域,引入數(shù)據(jù)項(xiàng)、平滑項(xiàng)和梯度項(xiàng)三種體素特征構(gòu)建體素賦值權(quán)重,優(yōu)化搜索最優(yōu)匹配模塊實(shí)現(xiàn)空缺區(qū)域修補(bǔ),同時(shí)更新空缺體素賦值權(quán)重,反復(fù)迭代以實(shí)現(xiàn)整個(gè)超聲體數(shù)據(jù)的三維重建。(3)針對超聲/CT圖像配準(zhǔn)計(jì)算相似性測度易受噪聲影響而導(dǎo)致配準(zhǔn)精度降低的問題,提出了一種基于超聲圖像模擬計(jì)算的超聲/CT圖像配準(zhǔn)方法。采用張量主成分分析方法對超聲和CT圖像進(jìn)行濾波與增強(qiáng),以待配準(zhǔn)CT切片的超聲模擬圖像為中間模板,建立線性組合相關(guān)性測度,采用共軛方向加速算法優(yōu)化變換矩陣從而實(shí)現(xiàn)超聲/CT圖像的精準(zhǔn)配準(zhǔn)。(4)基于提出的超聲模擬方法、超聲體數(shù)據(jù)重建方法和超聲/CT圖像配準(zhǔn)方法,搭建了超聲引導(dǎo)肝臟介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。引入圖像網(wǎng)格化思想,根據(jù)圖像彈性變換勢能最小原理,采用共軛梯度法實(shí)現(xiàn)超聲/CT圖像彈性配準(zhǔn),解決呼吸心跳等因素造成的人體軟組織變形的問題。建立多坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系模型,完成術(shù)前CT圖像、術(shù)中超聲圖像和定位系統(tǒng)間的空間位姿變換,同時(shí)通過電磁跟蹤定位設(shè)備實(shí)時(shí)跟蹤定位超聲探頭相對于CT圖像的空間位置,并與彈性匹配后的超聲/CT圖像進(jìn)行融合,由此搭建多模態(tài)圖像引導(dǎo)的肝臟介入手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)。
【關(guān)鍵詞】：手術(shù)導(dǎo)航 超聲圖像模擬 超聲體數(shù)據(jù)重建 超聲/CT圖像配準(zhǔn) 圖像融合
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 研究目的與意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢15-24
• 1.2.1 超聲/CT圖像配準(zhǔn)技術(shù)15-21
• 1.2.2 超聲體數(shù)據(jù)重建技術(shù)21-24
• 1.3 研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)24-26
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)26-27
• 第二章 基于CT切片的超聲圖像快速模擬方法27-46
• 2.1 算法概述27-28
• 2.2 CT圖像預(yù)處理28-29
• 2.3 超聲圖像模擬計(jì)算29-35
• 2.3.1 基于薄板樣條的圖像映射30-32
• 2.3.2 單換能器超聲圖像模擬32-34
• 2.3.3 多換能器超聲模擬圖像融合34-35
• 2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果35-45
• 2.4.1 多尺度血管增強(qiáng)結(jié)果評測36-38
• 2.4.2 超聲圖像模擬結(jié)果分析38-40
• 2.4.3 超聲圖像模擬效果評測40-41
• 2.4.4 超聲圖像模擬效率評估41-43
• 2.4.5 超聲圖像模擬培訓(xùn)系統(tǒng)43-45
• 2.5 結(jié)論45-46
• 第三章 基于全局模塊最優(yōu)匹配的超聲體數(shù)據(jù)重建方法46-64
• 3.1 算法概述46-47
• 3.2 超聲體數(shù)據(jù)重建系統(tǒng)搭建47-49
• 3.3 超聲體數(shù)據(jù)賦值49-52
• 3.3.1 超聲圖像特征提取49-51
• 3.3.2 圖像像素貢獻(xiàn)范圍計(jì)算51
• 3.3.3 超聲體數(shù)據(jù)更新51-52
• 3.4 超聲體數(shù)據(jù)修補(bǔ)52-55
• 3.4.1 體素修補(bǔ)權(quán)重計(jì)算53-54
• 3.4.2 最優(yōu)匹配模塊搜索54
• 3.4.3 體素修補(bǔ)權(quán)重更新54-55
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果55-62
• 3.5.1 超聲體數(shù)據(jù)修補(bǔ)效果評測56-59
• 3.5.2 超聲體數(shù)據(jù)重建精度評測59-61
• 3.5.3 超聲體數(shù)據(jù)重建復(fù)雜度評估61-62
• 3.6 結(jié)論62-64
• 第四章 基于超聲圖像模擬計(jì)算的超聲/CT圖像配準(zhǔn)方法64-83
• 4.1 算法概述64-65
• 4.2 超聲/CT圖像預(yù)處理65-70
• 4.2.1 自適應(yīng)搜索窗.構(gòu)建67-68
• 4.2.2 張量基底訓(xùn)練68
• 4.2.3 張量基底削減68-69
• 4.2.4 圖像重建69-70
• 4.3 超聲/CT圖像快速配準(zhǔn)方法70-74
• 4.3.1 線性組合相關(guān)性測度構(gòu)建70-71
• 4.3.2 反射系數(shù)模擬計(jì)算71-73
• 4.3.3 變換矩陣優(yōu)化搜索策略73-74
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果74-82
• 4.4.1 超聲/CT圖像預(yù)處理效果展示74-76
• 4.4.2 超聲/CT圖像配準(zhǔn)方法比較76-81
• 4.4.3 超聲/CT圖像配準(zhǔn)時(shí)間復(fù)雜度評估81-82
• 4.5 結(jié)論82-83
• 第五章 超聲引導(dǎo)肝臟介入診療導(dǎo)航系統(tǒng)83-100
• 5.1 系統(tǒng)概述83-84
• 5.2 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)84-88
• 5.2.1 人體軟組織形變估計(jì)84-86
• 5.2.2 超聲探頭實(shí)時(shí)跟蹤定位方法86-87
• 5.2.3 多坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算87-88
• 5.3 導(dǎo)航系統(tǒng)精度驗(yàn)證88-98
• 5.3.0 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)硬件組成88-89
• 5.3.1 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)軟件組成89-90
• 5.3.2 仿真模型數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)90-94
• 5.3.3 臨床真實(shí)數(shù)據(jù)測試實(shí)驗(yàn)94-98
• 5.3.4 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)精度影響因素分析98
• 5.4 結(jié)論98-100
• 結(jié)論100-102
• 參考文獻(xiàn)102-117
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單117-119
• 致謝119-120
• 作者簡介120

  本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于肝臟介入診療的超聲圖像分析與導(dǎo)航方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：493592