骨X線透視圖像與CT體數(shù)據(jù)配準(zhǔn)方法研究.pdf

1、2D(two dimensional)／3D(three dimensional)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)可應(yīng)用于脊柱手術(shù)導(dǎo)航、術(shù)后評(píng)估和膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)分析。本文的目的是研究脊柱或膝關(guān)節(jié)2D(X線)／3D(CT)配準(zhǔn)方法,評(píng)估各算法對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果的影響及其實(shí)用價(jià)值。
　　 本文采用剛性配準(zhǔn)方法度量骨組織的剛體運(yùn)動(dòng),針對(duì)多個(gè)關(guān)節(jié)聯(lián)接的骨組織,我們研究了整體配準(zhǔn)后再分段配準(zhǔn)算法流程。首先,我們對(duì)X線透視成像場(chǎng)景進(jìn)行標(biāo)定,獲得成像設(shè)備的參數(shù)。然后根據(jù)這些

2、參數(shù),我們采用射線跟蹤算法從CT體積數(shù)據(jù)生成仿真透視圖像-DRR(Digitally Reconstructed Radiograph)圖像,用差值圖像的熵、互信息、SLNC(Sum of Local Normalized Correlation)或VLNC(Variance-Weighted Sum of LocalNormalized Correlation)以及在此基礎(chǔ)上提出的正交投影相似性測(cè)度函數(shù)計(jì)算相似性測(cè)度值,最后用改進(jìn)粒子

3、群算法在6維解空間內(nèi)搜索最優(yōu)解。分段配準(zhǔn)算法在配準(zhǔn)前手動(dòng)分割體數(shù)據(jù),分段DRR需要經(jīng)過插值和補(bǔ)齊處理。整體配準(zhǔn)后其結(jié)果作為分段配準(zhǔn)的初值,用Powell算法搜索得到分段配準(zhǔn)結(jié)果。為驗(yàn)證2D／3D配準(zhǔn)方法的正確性,我們采用已知位置的DRR圖像作為參考圖像進(jìn)行整體配準(zhǔn)測(cè)試,結(jié)果驗(yàn)證傳統(tǒng)單幅參考圖像相似性測(cè)度方法容易造成誤配,采用正交投影相似性測(cè)度方法使解空間內(nèi)極值點(diǎn)減少,可以得到較為精確的配準(zhǔn)結(jié)果。改進(jìn)粒子群算法加大解空間搜索范圍,使粒子群

4、算法全局和局部優(yōu)化搜索能力均有所提高,測(cè)試配準(zhǔn)結(jié)果誤差控制在平移1.5mm內(nèi),旋轉(zhuǎn)1.5°內(nèi)。用兩套相互正交的DR(Digital Radiography)設(shè)備拍攝的正交投影X線透視圖像作為參考圖像進(jìn)行整體配準(zhǔn)和分段配準(zhǔn)。
　　 本文以脊柱和膝關(guān)節(jié)標(biāo)本各自對(duì)應(yīng)的CT和X線圖像進(jìn)行配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),并用三維激光掃描儀得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行3D／3D配準(zhǔn)驗(yàn)證2D／3D配準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到配準(zhǔn)結(jié)果誤差控制在平移1.5mm內(nèi),旋轉(zhuǎn)1.5°內(nèi)。整體配準(zhǔn)