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射频消融光学导航标记点匹配与三维可视化的研究

作　者: 宁海
导　师: 吴效明
学　校: 华南理工大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 光学手术导航系统射频消融标记点匹配交互式体数据切割八叉树分解
分类号: R616
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要

射频消融治疗是一种局部微创治疗技术，相比于外科治疗，射频消融无需开刀暴露病灶，具有创伤小、安全、有效、术后恢复快等优点。光学手术导航系统应用在射频消融治疗中，能够对射频电极实时定位，指导医生将电极针准确插入病灶，提高手术效率。为了解决手术导航系统中病人注册的精度和效率问题，提出一种标记点全自动匹配算法。设计一种CT值较高的标记点，通过滤波处理、阈值分割、连通区域标记等方法将标记点从复杂背景中自动提取出来。参考提取结果和模型数据的中心点坐标，计算平移向量，根据该向量平移模型数据，实现初配准，再通过仿射变换对配准结果进一步处理，最后采用迭代最近点算法优化配准结果。这种配准方法巧妙的克服了迭代最近点算法易陷入局部最小值的缺点。开发一种应用于射频消融治疗的光学手术导航系统软件，该软件是研究标记点匹配算法的平台基础。本文对软件的主要功能模块和工作流程做了详细阐述。结合热传导方程，在软件中模拟射频消融治疗结果，并通过体绘制和面绘制算法对消融结果三维可视化研究。通过区分边界点和内部点，有效测量消融结果的体积。为了三维可视化病人图像、观察体数据内部结构，提出一种交互式三维体数据切割算法。该算法将勾画的轮廓曲线映射到掩膜图像上，并通过连接曲线上不连续的点使其封闭，再利用最小包围盒和四邻域搜索算法填充封闭曲线。利用坐标变换，将体数据投影到掩膜图像上，进而在2D空间判断体数据与填充的曲线的交集，实现切割。这种方法避免直接在3D空间计算切割几何体与体数据关系，降低了计算的空间复杂度，并且切口形状随勾画的曲线灵活变换，实现任意切割。借鉴八叉树分解思想，将体数据逐层分解，并根据节点尺寸改变相应的分解方式，降低了运算量、达到实时操作的要求。为了辅助切割工具灵活实用，开发出连通区域提取、腐蚀膨胀等三维体数据调节工具。本文提出一种应用于射频消融治疗的光学手术导航系统。在该平台下，深入研究标记点全自动匹配算法和交互式体数据切割算法。将定位精确、操作方便的光学手术导航系统应用于射频消融治疗中，可以改变传统介入治疗的现状，提高手术效率，这也是本文的研究目标和努力方向。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景及意义  10-13
    1.1.1 传统射频消融的意义及缺点  10-11
    1.1.2 手术导航系统对于介入治疗的价值  11-13
  1.2 手术导航系统标记点注册算法研究现状  13-15
  1.3 体数据切割算法研究现状  15-16
  1.4 研究内容与论文组织结构  16-19
    1.4.1 主要研究内容  16-17
    1.4.2 论文组织结构  17-19
第二章光学手术导航系统中标记点自动匹配算法研究  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 标记点自动提取算法研究  19-22
  2.3 标记点自动匹配算法研究  22-26
    2.3.1 标记点 3D 模型点集化  22-23
    2.3.2 基于仿射变换的标记点初匹配  23-26
    2.3.3 标记点匹配优化算法研究  26
  2.4 本章小结  26-28
第三章基于导航系统软件的射频消融灶研究  28-39
  3.1 引言  28
  3.2 射频消融导航系统软件模块功能概述  28-33
    3.2.1 登陆模块  28-29
    3.2.2 图像导入模块  29-30
    3.2.3 病例模块  30-31
    3.2.4 图像处理模块  31-33
  3.3 射频消融灶模拟研究  33-37
    3.3.1 消融灶模拟研究  33-34
    3.3.2 基于体素的消融灶体积测量  34-35
    3.3.3 消融灶三维可视化研究  35-37
  3.4 本章小结  37-39
第四章基于自由曲线的交互式 3D 体数据切割  39-53
  4.1 引言  39
  4.2 基于自由曲线的 3D 体数据切割  39-46
    4.2.1 基于体数据切割的掩膜图像  40-41
    4.2.2 体数据投影变换  41-42
    4.2.3 基于体数据切割的加速算法  42-45
    4.2.4 体数据切割的数学运算  45-46
  4.3 基于体数据切割的 3D 调节工具  46-49
    4.3.1 3D 感兴趣区域标记与提取  46-47
    4.3.2 基于区域生长的 3D 感兴趣区域提取  47-48
    4.3.3 体数据 3D 腐蚀膨胀  48-49
  4.4 基于自由曲线的体数据切割算法性能评估  49-52
  4.5 本章小结  52-53
总结与展望  53-55
参考文献  55-60
攻读硕士学位期间取得的研究成果  60-62
致谢  62-63
附件  63

射频消融光学导航标记点匹配与三维可视化的研究

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