基于實(shí)時(shí)超聲影像的軟組織形變跟蹤技術(shù).pdf

1、傳統(tǒng)的圖像導(dǎo)航系統(tǒng)是建立在病人的三維組織解剖結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上的，而三維組織解剖結(jié)構(gòu)是從病人術(shù)前圖像的三維重建和可視化中提取出來的。對于軟組織的導(dǎo)航而言，因?yàn)楹粑?、身體的運(yùn)動等會導(dǎo)致器官發(fā)生形變，所以之前建立的器官模型不能正確地反映術(shù)中的組織解剖結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致導(dǎo)航精度降低，甚至失敗。因此，軟組織形變的準(zhǔn)確跟蹤對于胸腹部手術(shù)的導(dǎo)航具有重要的研究和臨床意義。
　　在本課題的研究中，我們通過將高分辨率的術(shù)前CT/MRI影像、實(shí)時(shí)B超圖像和電

2、磁定位系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合，提出并初步實(shí)現(xiàn)了一種基于超聲的軟組織形變實(shí)時(shí)跟蹤的框架和方法?；谶@個框架，我們可以對感興趣區(qū)域組織的三維結(jié)構(gòu)和形變進(jìn)行有效跟蹤。該技術(shù)有望使腹部介入治療、微創(chuàng)手術(shù)以及開放手術(shù)的精度大幅度提高。
　　跟蹤系統(tǒng)的硬件主要由電磁定位系統(tǒng)、視頻圖像捕獲系統(tǒng)、個人計(jì)算機(jī)等組成。其中二維超聲掃描設(shè)備的視頻輸出和個人計(jì)算機(jī)上的視頻圖像采集卡相連接，電磁定位系統(tǒng)的空間位置和方向傳感器則固定在超聲探頭上。我們編寫了應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)

3、的系統(tǒng)軟件，該軟件主要由CT/MRI影像坐標(biāo)系與電磁定位系統(tǒng)坐標(biāo)系剛性配準(zhǔn)、實(shí)時(shí)二維超聲圖像捕獲和定位、超聲圖像處理及多模態(tài)顯示等模塊組成。其中，在實(shí)時(shí)超聲圖像捕獲和定位模塊，超聲探頭按順序掃描所有的感興趣區(qū)域，視頻捕獲系統(tǒng)將捕獲一系列的ROI（RegionofInterest，感興趣區(qū)域）圖像幀，同時(shí)跟蹤傳感器獲取每幀圖像所對應(yīng)的空間位置和方向信息，這些數(shù)據(jù)都將傳遞給個人計(jì)算機(jī)。在超聲圖像處理模塊，為了得到感興趣區(qū)域（如腎）的形狀，根

4、據(jù)對所獲取圖像特性的分析，我們選擇了基于局部統(tǒng)計(jì)信息的濾波算法和模糊C均值分割算法對超聲圖像進(jìn)行處理。上述過程可以根據(jù)需要重復(fù)進(jìn)行。
　　整個工作流程和框架已初步通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。我們通過體模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲設(shè)備及探頭的使用對電磁定位系統(tǒng)的性能不會產(chǎn)生明顯影響；通過體表標(biāo)記點(diǎn)，我們實(shí)現(xiàn)了術(shù)前MRI圖像和定位系統(tǒng)的配準(zhǔn)，并測試驗(yàn)證了配準(zhǔn)誤差在1-3mm之間，該誤差在軟組織的形變跟蹤中是可以接受的；我們同時(shí)實(shí)現(xiàn)了二維B超圖像中對腎臟區(qū)域的分

5、割及其與術(shù)前三維圖像的對比顯示。初步實(shí)驗(yàn)說明實(shí)時(shí)超聲成像對于涉及軟組織的微創(chuàng)手術(shù)及介入治療具有很大的幫助作用，實(shí)時(shí)超聲圖像和術(shù)前三維解剖結(jié)構(gòu)圖像相結(jié)合可以明顯地提高軟組織導(dǎo)航的性能，但是圖像分辨率低和掃描區(qū)域有限限制了該技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。
　　本課題實(shí)現(xiàn)了基于超聲成像對軟組織形變進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤的系統(tǒng)框架。通過體模和志愿者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于實(shí)時(shí)影像的軟組織形變跟蹤技術(shù)在臨床應(yīng)用的可行性。通過結(jié)合術(shù)前圖像高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)時(shí)超聲成像較好的分辨