神經(jīng)導(dǎo)航誤差分析與提高空間配準(zhǔn)精度的研究.pdf

1、復(fù)旦大學(xué)博士學(xué)位論文神經(jīng)導(dǎo)航誤差分析與提高空間配準(zhǔn)精度的研究姓名：王滿寧申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程指導(dǎo)教師：宋志堅(jiān)20101015復(fù)旦大學(xué)博士學(xué)位論文像空間中的位置。這個(gè)過(guò)程一方面耗時(shí)較長(zhǎng)，另一方面識(shí)別精度受醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)影響很大。在這一部分中，作者提出了形狀指數(shù)聚類和面片投影兩種人工標(biāo)記點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別算法，提高了人工標(biāo)記點(diǎn)識(shí)別的精度和穩(wěn)定性，從而提高了空間配準(zhǔn)的精度和效率。形狀指數(shù)聚類法首先根據(jù)體素的形狀指數(shù)和曲度特征對(duì)三維數(shù)據(jù)場(chǎng)進(jìn)

2、行分割，然后對(duì)分割結(jié)果中對(duì)應(yīng)人工標(biāo)記物的體素進(jìn)行聚類，最后根據(jù)聚類結(jié)果定位人工標(biāo)記點(diǎn)的位置。作者使用21個(gè)臨床實(shí)際病例的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：113個(gè)人工標(biāo)記點(diǎn)全部被準(zhǔn)確識(shí)別，平均識(shí)別誤差為043mill。面片投影算法通過(guò)對(duì)比人工標(biāo)記物的投影圖像與三維數(shù)據(jù)場(chǎng)皮膚表面局部面片的投影圖像來(lái)識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明：cT數(shù)據(jù)場(chǎng)包含的75個(gè)標(biāo)記點(diǎn)中69個(gè)被準(zhǔn)確識(shí)別，MRI數(shù)據(jù)場(chǎng)包含的52個(gè)標(biāo)記點(diǎn)中47個(gè)被準(zhǔn)確識(shí)別，其它標(biāo)記點(diǎn)的識(shí)別誤差為1個(gè)

3、體素或者√2個(gè)體素。第三部分，點(diǎn)匹配中標(biāo)記點(diǎn)空間位置分布的優(yōu)化。神經(jīng)導(dǎo)航中醫(yī)生最關(guān)心的是手術(shù)部位的靶點(diǎn)配準(zhǔn)誤差(TargetRegistrationError，TRE)，但是研究表明：點(diǎn)匹配中TRE不僅取決于標(biāo)記點(diǎn)間的配準(zhǔn)程度，還與標(biāo)記點(diǎn)個(gè)數(shù)和標(biāo)記點(diǎn)空間分布密切相關(guān)。在本部分中，作者首先提出了一種交互式標(biāo)記點(diǎn)分布優(yōu)化方法，通過(guò)優(yōu)化標(biāo)記點(diǎn)的空間分布來(lái)降低手術(shù)部位的TRE。作者使用4家醫(yī)院的46個(gè)導(dǎo)航病例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：通過(guò)該方法進(jìn)行

4、優(yōu)化可以將由于標(biāo)記點(diǎn)分布不當(dāng)引起的TRE降低一半左右。在此基礎(chǔ)上，作者進(jìn)一步提出了針對(duì)頭部不同區(qū)域和針對(duì)整個(gè)頭部?jī)?yōu)化的兩套標(biāo)記點(diǎn)分布模板，臨床醫(yī)生可以根據(jù)標(biāo)記點(diǎn)在模板中的位置直接在病人頭上設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，并得到一個(gè)優(yōu)化的標(biāo)記點(diǎn)分布。第四部分，面匹配空間配準(zhǔn)TRE特征的分析。面匹配是神經(jīng)導(dǎo)航中一種新型空間配準(zhǔn)方法，它使用人體固有形態(tài)特征進(jìn)行空間配準(zhǔn)，與傳統(tǒng)的點(diǎn)匹配方法相比，其優(yōu)點(diǎn)是不需要人工標(biāo)記點(diǎn)和專門(mén)的影像掃描。但是，目前面匹配在臨床中應(yīng)用

5、并不廠一泛，究其原因主要是它的配準(zhǔn)精度不穩(wěn)定、人們對(duì)其TRE的特征還不夠了解。在這一部分中，作者在圖像空間中模擬神經(jīng)導(dǎo)航的面匹配空間配準(zhǔn)過(guò)程，并對(duì)其TRE的特征進(jìn)行了研究，進(jìn)而總結(jié)出了臨床使用中為了保證靶點(diǎn)匹配精度而需要注意的問(wèn)題，為面匹配的臨床應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。綜上所述，空間配準(zhǔn)是神經(jīng)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)之一，空間配準(zhǔn)的精度在很大程度上決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。如何實(shí)現(xiàn)方便、精確的空間配準(zhǔn)一直是神經(jīng)導(dǎo)航相關(guān)研究的重要內(nèi)容。本文通過(guò)對(duì)神經(jīng)導(dǎo)