论文摘要
血管微创介入手术借助于导管进入人体血管病变部位进行微创治疗。传统的导管插管过程中,由于通过X射线与造影剂获得的二维导航图像缺乏交互性,使得不易导向,操作技术要求过高,而且错误和重复操作会进一步损伤血管。本文开发了辅助主动导管定位与导向的三维可视化导航软件系统,实现了介入手术插管过程的三维可视化导航。主要包括:图像预处理、图像三维重建、导航路径生成和漫游导航。对医学图像进行滤波处理和分割是保证重建模型准确表示相应组织器官的前提。本文设计实现三种滤波算法和两种图像分割算法,对体数据进行预处理。在滤波与分割的基础上,利用经典的等值面提取算法——移动立方体(MC)算法,实现图像的三维重建。针对重建模型三角面片过多的问题,提出了边删除的网格简化算法,提高图像实时绘制的能力。研究了三维物体骨架提取方法,分别采用距离变换方法和虚拟力场方法提取骨架,并对两种方法得到的骨架结果进行了比较。距离变换方法建立物体的边界距离场,获得边界距离场群;寻找局部最大值路径连接群,构成物体的初始骨架;在初始骨架上建立源距离场,用改进的最短距离搜索方法得到物体骨架。虚拟力场方法利用物体的边界体素建立虚拟力场,在虚拟力场中搜索临界点;以临界点中的鞍点为起点搜索核心骨架;计算虚拟力场的散度,获得散度局部最小点,实现层次骨架的搜索。在骨架上选择起点和终点,生成导航路径,并利用三次Cardinal样条曲线对其平滑,然后沿平滑后的路径进行虚拟导航漫游。基于最近点迭代算法,对实际物理空间和图像空间进行坐标变换,实现两者之间的配准。利用高精度的三维位姿跟踪系统采集传感器位姿信息,并在图像上实时显示。用户根据图像显示的内容,控制主动导管的导向,使插管过程准确迅速地完成。