● 摘要
基于医学图像的手术引导技术对于提高外科手术的准确性和成功率具有重要意义，但普遍存在的问题是：术前三维影像不能准确反映术中实际情况，致使基于术前影像的模拟和手术规划不能直接用于术中引导。在目前的手术条件下，为了解决上述问题，需要对术前的三维影像数据进行术中校正。具体针对脊柱外科手术，论文提出了一种基于2D/3D配准的术前脊柱CT模型校正方法，并就此方法涉及的相关理论基础和关键技术开展了研究。论文主要工作如下：(1)根据脊柱本身的特点对其变形情况进行了分析：脊柱的各个椎段均为刚性骨骼结构，而椎段间相对位置的改变导致了整体脊柱形态的变化，适合采用分椎段的方式校正术前脊柱模型。提出了脊柱椎段的三种变换，建立了椎段变换的数学模型，并针对其中一种主要变换进行术中校正。(2)从术中和术前X射线图像的特征点配准结果中获取脊柱各椎段的变换参数，并推导出变换参数的2D/3D映射关系，给出了数字影像重建(DRR, Digital radiology reconstruction)图像与X射线图像的对应关系。(3)提出一种带有反馈操作的迭代最近点(ICP, Iterative Closest Point)算法与互信息相结合的2D/3D配准方法，采用基于轮廓的粗配准与基于最大互信息的精配准相结合的分级配准策略，将配准结果反馈作用于C臂方位调整，并利用模式搜索算法针对DRR投影方向进行优化搜索。