【摘要】：腫瘤(微波/射頻)熱消融治療是將熱消融針(微波天線/射頻電極)在醫(yī)學(xué)影像引導(dǎo)下直接插入腫瘤內(nèi)作為熱源,在數(shù)分鐘內(nèi)將腫瘤組織加熱到較高溫度(60℃以上)即刻達(dá)到腫瘤的完全性凝固壞死,從而在原位直接殺滅腫瘤。熱消融針介入導(dǎo)航與治療效果的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)是腫瘤熱消融治療亟需解決的問(wèn)題。本文研究腫瘤熱消融治療術(shù)中多模態(tài)影像導(dǎo)航與超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)。從超聲/CT圖像分割、超聲組織定征、熱消融針穿刺路徑計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃三方面入手,研究了乳腺腫瘤超聲圖像半自動(dòng)分割方法、CT圖像肝臟三維半自動(dòng)分割方法、射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法和熱消融針穿刺路徑計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)乳腺腫瘤超聲圖像半自動(dòng)分割方法及應(yīng)用研究。以乳腺腫瘤超聲圖像為研究對(duì)象,提出了一種基于均值漂移(Mean Shift)和圖割(Graph Cuts)算法的超聲圖像腫瘤快速分割新方法,并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件。該方法有效結(jié)合了高斯濾波、直方圖均衡、均值漂移及圖割算法。該方法所需的唯一交互是在輸入圖像上選擇兩個(gè)對(duì)角點(diǎn),以確定感興趣區(qū)域(ROI)。采用雙三次插值對(duì)ROI圖像縮小2倍,以減少計(jì)算時(shí)間。對(duì)縮小后的圖像進(jìn)行高斯濾波和直方圖均衡處理。接著,對(duì)直方圖均衡后的圖像進(jìn)行金字塔均值漂移濾波,以提高圖像的均勻性。在濾波后的圖像上自動(dòng)生成圖割算法所需的前景、背景種子點(diǎn)�；谶@些種子點(diǎn),利用圖割算法將濾波后的圖像分割成包含前景(腫瘤)和背景(非腫瘤)的二值圖像。最后,使用雙三次插值將二值圖像放大2倍,并使用形態(tài)學(xué)開(kāi)閉處理來(lái)優(yōu)化腫瘤輪廓。算法采用C++語(yǔ)言和OpenCV在VC++2010中實(shí)現(xiàn),對(duì)38幅包含良性腫瘤的乳腺超聲圖像和31幅包含惡性腫瘤的乳腺超聲圖像進(jìn)行分割實(shí)驗(yàn)。本方法具有91.7%真陽(yáng)性率、11.9%假陽(yáng)性率、85.6%相似度。在英特爾酷睿2.66GHz CPU和4 GB RAM下,算法運(yùn)行時(shí)間為0.49±0.36秒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法可用于乳腺腫瘤超聲圖像的快速半自動(dòng)分割。(2)CT圖像肝臟三維半自動(dòng)分割方法及應(yīng)用研究。以三維CT圖像為研究對(duì)象,提出了一種基于超體素和三維圖割的肝臟快速三維分割方法,并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件�，F(xiàn)有的全自動(dòng)和半自動(dòng)分割算法大都具有運(yùn)算復(fù)雜、計(jì)算量大的特點(diǎn),以致分割時(shí)間較長(zhǎng)。為此,提出一種快速的CT圖像肝臟三維半自動(dòng)分割算法。通過(guò)下采樣減少CT圖像數(shù)據(jù)量,隨后設(shè)置CT圖像的窗寬窗位以使16位CT圖像轉(zhuǎn)化為8位、并使得肝臟與周邊組織對(duì)比明顯,再采用超體素算法對(duì)8位CT圖像進(jìn)行處理。以超體素為節(jié)點(diǎn)構(gòu)建三維圖割算法的圖結(jié)構(gòu),通過(guò)交互式手段選取圖割的前景、背景種子點(diǎn),使用最大流/最小割算法完成圖結(jié)構(gòu)中前景和背景的分割,最后對(duì)分割結(jié)果進(jìn)行上采樣、二值開(kāi)運(yùn)算和中值濾波處理。利用C++語(yǔ)言、VC++2008、ITK、VTK、OpenCV實(shí)現(xiàn)本方法。對(duì)MICCAI SLIVER07提供的30例三維肝臟圖像進(jìn)行分割實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本方法分割效果較好,分割速度明顯優(yōu)于現(xiàn)有的大部分算法。(3)基于超聲背向散射信號(hào)概率統(tǒng)計(jì)模型的射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法及應(yīng)用研究。以離體豬肝和離體豬里脊肉為研究對(duì)象,提出了一種基于超聲背向散射信號(hào)概率統(tǒng)計(jì)模型及頻率復(fù)合技術(shù)的射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法,并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的系統(tǒng)軟件。提出了一種基于頻率復(fù)合和時(shí)域復(fù)合的新型Nakagami成像算法,對(duì)熱凝固區(qū)進(jìn)行增強(qiáng)可視化。將這一算法集成到臨床超聲掃描儀中,利用C++語(yǔ)言、VC++2010和OpenCV開(kāi)發(fā)了一套射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)不同類(lèi)型組織的射頻消融監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行了研究。通過(guò)18例離體豬肝和6例離體豬里脊肉的射頻消融實(shí)驗(yàn),對(duì)射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本方法可實(shí)時(shí)運(yùn)行于標(biāo)準(zhǔn)的臨床超聲掃描儀中,從而可對(duì)射頻消融進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);射頻消融超聲實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以有效地監(jiān)測(cè)肝組織射頻消融引起的消融區(qū)(熱凝固區(qū)),但由于組織性質(zhì)不同,該系統(tǒng)不能監(jiān)測(cè)肌肉纖維的消融區(qū)。(4)熱消融針穿刺路徑計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃研究。熱消融針介入路徑(穿刺路徑)主要包括經(jīng)皮膚的進(jìn)針位置(進(jìn)針點(diǎn))和目標(biāo)位置點(diǎn)(腫瘤靶點(diǎn))。基于患者術(shù)前CT序列掃描圖像,利用MeVisLab軟件設(shè)計(jì)了穿刺路徑長(zhǎng)度(穿刺深度)約束條件和穿刺路徑與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)距離約束條件。基于肝臟、肝血管、肝腫瘤等結(jié)構(gòu)的三維重建和可視化,利用Fit Me開(kāi)源工具包(基于德國(guó)MITK)初步實(shí)現(xiàn)了熱消融針穿刺路徑手動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：R730.5

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本文編號(hào)：2412625