醫(yī)學圖像配準方法研究及其在相控HIFU中的應用.pdf

1、HIFU（High Intensity Focused Ultrasound,高強度聚焦超聲）治療技術的基本原理是：通過一定的聚焦方式將高聲強超聲能量聚焦于人體組織，在組織內形成高聲強焦區(qū)，局部產(chǎn)生65度以上的瞬態(tài)高溫，通過高溫下的熱效應、空化作用及機械作用等生物學效應破壞腫瘤組織，而對焦區(qū)外的正常細胞幾乎沒有損傷，從而實現(xiàn)癌癥的局部根治性治療。由于其精確性和高效性，HIFU治療技術成為當今國際醫(yī)學超聲領域發(fā)展的一個突出的研究熱點。

2、 HIFU應用于臨床，取決于對焦區(qū)精確的引導和控制。HIFU治療溫度內，靶區(qū)組織發(fā)生凝固性壞死，組織結構發(fā)生質變，這為影像學應用于HIFU 中奠定了基礎。圖像引導的手術導航系統(tǒng)可以實現(xiàn)：識別腫瘤邊界，引導HIFU系統(tǒng)準確定位、保證靶區(qū)周圍正常組織安全無損、動態(tài)觀察治療效果。 超聲以其快速、準確、成像靈活的特點成為HIFU治療中的監(jiān)測手段，但其本身固有的缺陷，如：無法穿越骨骼和空腔、成像質量較差等，使超聲監(jiān)控不能脫離手術前

3、其他精確的3D圖像所提供的解剖結構信息。有效地利用手術前分割出來的腫瘤目標，結合手術中的實時超聲圖像所提供的位置信息，可以實現(xiàn)HIFU外科手術手術精確的引導和控制。 圖像引導的手術導航系統(tǒng)主要由術前的治療計劃，術中的實時三維超聲成像及術前和術中圖像的配準融合三部分組成。多模態(tài)醫(yī)學圖像配準實現(xiàn)術中超聲圖像和術前CT/MRI圖像的位置和結構信息的融合，因而在整個手術導航系統(tǒng)中是至關重要的。本文針對多模態(tài)醫(yī)學圖像配準這一關鍵技術進行理

4、論研究和系統(tǒng)實現(xiàn)。 本文首先研究了水平集分割方法，并針對超聲圖像邊緣模糊的特點，利用圖像全局信息構造速度函數(shù)，實現(xiàn)對超聲圖像邊緣的提取。 在配準方法中，本文針對基于特征和基于灰度的兩類方法進行了研究。實現(xiàn)了ICP算法，并通過多級配準、根據(jù)特征進行采樣以及更新采樣集合等措施提高ICP算法的效率和精度。將互信息的概念應用到基于特征的配準方法中，實現(xiàn)基于形狀特征點最大互信息方法，該方法在效率和精度上都比傳統(tǒng)的最大互信息方法有所