● 摘要
在计算机辅助外科手术中，图像配准是关键的一环，配准的方法和质量关系到计算机辅助外科系统的可操作性和手术的精度。由于术中实时的三维医学图像不宜获得，大多是采用实时获得的X光等二维图像来辅助医生实施手术的方法，在造成手术的精确受到极大影响的同时，使医生与病人长时间暴露在射线下。本文研究的基于灰度的二/三维图像配准技术在医学诊断、治疗和手术导航中都起着重要的作用，并将推动计算机图像技术的进一步发展。本文介绍了对C型臂采集的X光图像的校正，在介绍X光图像成像原理的基础上介绍了一种基于校正板的校正方法，为后续配准工作的前提。论文讨论了基于CT扫描数据集的重建绘制算法。着重讨论了体绘制方法的一种应用，即数字重建放射图像DRR的生成，用光线投射的方法实现了对CT体数据的数字影像重建，调整参数得到不同状态下的DRR图像，通过实验研究各因素对DRR生成的影响，为以后的配准研究做好了重要的准备工作。本文实现了一种基于灰度的二/三维医学图像配准技术。在应用前文所述DRR生成方法的基础上，将X光图像与CT数据集进行配准。研究了基于模式强度的相似性测度方法来衡量图像配准精度的技术，并比较了其与另外三种相似性测度函数的性能差别。然后对模式强度方法进行了改进，加快运算速度。同时实现用梯度下降的最优化算法对模式强度方法进行优化。并通过利用标记点得到的金标准验证配准精度。同时，用实验分析了各参数同误差的关系。最后综合以上研究，开发了基于灰度的二/三维图像配准软件，研究了一种结合二维和三维图像信息的手术规划策略。在此基础上结合本课题要求，完成了基于二/三维医疗图像配准的脊柱外科机器人系统手术规划的具体实现过程。本论文通过研究术前CT数据集与术中X光图像的基于灰度的配准技术及实验分析，说明了其在计算机辅助骨科手术导航中的可行性，在二维图像辅助手术基础上引入了三维信息，较低的依靠医生的经验进行手术，在方便医生实施手术的同时，也降低了手术的风险性。本文的研究为进一步讨论基于灰度的二/三维图像配准的临床应用奠定了技术基础。