基于電磁定位的血管介入手術(shù)圖像導(dǎo)航的空間配準(zhǔn)研究.pdf

1、血管微創(chuàng)介入手術(shù)因出血少、創(chuàng)傷小、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)在日益增加的心腦血管疾病的治療上得到了廣泛的臨床運(yùn)用。圖像導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)血管介入手術(shù)極其重要,它使手術(shù)過程更安全、更精確、更快速。但血管介入手術(shù)中使用血管造影(Digital subtraction angiography,簡(jiǎn)稱DSA)進(jìn)行定位造成了術(shù)中影像不直觀、手術(shù)過程存在X射線輻射等問題。為解決上述問題,可將電磁跟蹤(Electro magnetic tracking,簡(jiǎn)稱EMT)技術(shù)

2、應(yīng)用到血管介入手術(shù)中用以定位和獲取機(jī)器人導(dǎo)管的端部位置信息。對(duì)于使用電磁傳感器來定位和追蹤導(dǎo)管的血管介入手術(shù)圖像導(dǎo)航系統(tǒng),空間配準(zhǔn)是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題。本文在不使用外部標(biāo)記物的情況下,研究了基于路徑的配準(zhǔn)算法,僅利用EMT采集的導(dǎo)管路徑數(shù)據(jù)和從三維重建后的血管模型中提取出的中心線數(shù)據(jù)求取患者坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間的關(guān)聯(lián)。
　　闡述了運(yùn)用電磁追蹤進(jìn)行空間配準(zhǔn)的原理并建立了用于空間配準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)基于初始化轉(zhuǎn)換矩陣的必要性,以

3、血管硅膠模型為對(duì)象設(shè)計(jì)了初配準(zhǔn)算法和在初配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的精配準(zhǔn)算法。
　　在經(jīng)典ICP算法的基礎(chǔ)上,針對(duì)初配準(zhǔn)階段路徑相對(duì)中心線變形較大的特點(diǎn),研究了通過選取特征點(diǎn)對(duì)對(duì)導(dǎo)管路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和改變經(jīng)典ICP算法搜索對(duì)應(yīng)點(diǎn)的策略,設(shè)計(jì)了改進(jìn)的ICP算法。
　　研究了動(dòng)態(tài)的精配準(zhǔn)算法和最小化精配準(zhǔn)階段多參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)的方法?；诰錅?zhǔn)算法實(shí)時(shí)性要求,建立了血管分支的選擇機(jī)制和對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)的計(jì)算方法,同時(shí)針對(duì)處于分叉點(diǎn)的路徑點(diǎn)在選擇

4、中心線對(duì)應(yīng)點(diǎn)過程中存在的模糊性現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了提高計(jì)算路徑對(duì)應(yīng)點(diǎn)魯棒性的方法。針對(duì)初配準(zhǔn)產(chǎn)生的較大的誤差,設(shè)計(jì)了路徑彎角點(diǎn)的識(shí)別算法對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。為消除在不同血管分支中血管半徑對(duì)導(dǎo)管路徑和對(duì)應(yīng)中心線間距離的影響,建立了引入半徑參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)。針對(duì)該目標(biāo)函數(shù)的參數(shù)存在部分耦合這一特性,研究了在對(duì)參數(shù)進(jìn)行分離、轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上運(yùn)用黃金搜索法和改進(jìn)的Powell算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)的極值進(jìn)行求解的交替優(yōu)化算法。
　　闡述了基于圖像引導(dǎo)的配準(zhǔn)功能