论文摘要
目前,无法术中实时校正脑组织移位带来的穿刺路径偏移问题,是影响神经外科手术导航精度的主要因素。近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)技术可以实时识别组织与靶点,反映穿刺路径信息,为术中实时校正脑组织移位提供了新方法。本文对基于近红外光谱技术的穿刺路径纠偏技术开展了研究。首先,建立近红外优化散射系数与磁共振影像数据的关联模型。以双层模拟胶为研究对象,将近红外光谱技术采集到的优化散射系数和高分辨率磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)技术采集到的灰度信息相结合,建立关联数学模型,为近红外导航纠偏提供参考。其次,在近红外优化散射系数与影像数据关联模型基础上,提出了术中移位纠偏模型。基于三维体数据提取计划路径的灰度信息,作为路径纠偏模型的先验知识,通过Hermite插值曲线计算路径采样点的曲率值,以平均Hausdorff距离为准则进行偏移路径信息特征段的匹配,确定其偏移计划路径的角度和方位。最后,在VC++6.0平台下利用MFC类库与VTK工具包进行系统软件设计,完成了导航过程实时路径纠偏软件编写,达到预期实验结果。本文主要创新点:(1)提出了一种基于近红外光谱技术的神经外科手术导航的新方法,解决术中靶点偏移问题;(2)利用双层模拟胶模型,模拟脑组织的光学特性,建立优化散射系数与影像灰度信息的关联模型,为近红外辅助导航打下基础。(3)建立近红外导航实时纠偏模型,采用基于曲率比对的算法实现路径信息的匹配,引导手术过程的实时纠偏。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 手术导航系统的发展1.2 手术导航系统存在的问题及解决方法1.3 近红外辅助导航技术路线1.4 论文结构及研究内容1.5 本章小结第二章 课题理论基础2.1 近红外光谱技术2.1.1 近红外光谱技术简介2.1.2 近红外光谱技术在脑外科的应用2.1.3 优化散射系数2.2 医学图像三维可视化技术2.2.1 DICOM 图像标准2.2.2 医学图像三维可视化技术2.3 本章小结第三章 优化散射系数与MRI 影像数据关联模型研究3.1 近红外实验3.1.1 材料与方法3.1.2 实验系统3.2 核磁共振实验3.3 实验数据处理3.3.1 近红外实验数据处理3.3.2 磁共振实验数据处理3.4 NIRS 与MRI 数学模型的建立3.4.1 数学模型的建立3.4.2 数学模型的验证3.5 本章小结第四章 基于图像引导的手术路径实时纠偏技术研究4.1 近红外导航实时纠偏模型4.1.1 近红外纠偏模型4.1.2 术中移位纠正方法4.2 手术路径影像灰度信息的提取4.2.1 计划路径坐标计算4.2.2 可能偏移路径的确定4.2.3 手术路径灰度信息提取4.3 手术路径纠偏方法4.3.1 基于曲率的匹配算法4.3.2 实验结果与分析4.4 本章小结第五章 近红外手术导航系统软件平台的实现5.1 开发环境5.2 软件设计及功能模块5.2.1 软件结构及界面设计5.2.2 主要功能模块介绍5.3 实时路径纠偏功能的软件实现5.3.1 手术路径规划及路径信息获取5.3.2 偏移路径数据库的设计与实现5.3.3 实时纠偏功能的软件实现5.4 路径纠偏模块的初步验证5.4.1 实验系统与材料5.4.2 实验方案与结果分析5.5 本章小结第六章 总结与展望6.1 本文工作总结6.2 本文的创新点6.3 未来工作的展望6.4 结束语参考文献致谢在学期间的研究成果及发表的学术论文
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