神经导航误差分析与提高空间配准精度的研究生物医学工程专业论文.docxVIP

复旦大学博士学位论文像空间中的位置。这个过程一方面耗时较长，另一方面识别精度受医生的经验影 复旦大学博士学位论文 像空间中的位置。这个过程一方面耗时较长，另一方面识别精度受医生的经验影 响很大。在这一部分中，作者提出了形状指数聚类和面片投影两种人工标记点自 动识别算法，提高了人工标记点识别的精度和稳定性，从而提高了空间配准的精 度和效率。形状指数聚类法首先根据体素的形状指数和曲度特征对三维数据场进 行分割，然后对分割结果中对应人工标记物的体素进行聚类，最后根据聚类结果 定位人工标记点的位置。作者使用21个临床实际病例的CT数据进行了实验， 结果表明：113个人工标记点全部被准确识别，平均识别误差为0．43 mill。面片 投影算法通过对比人工标记物的投影图像与三维数据场皮肤表面局部面片的投 影图像来识别标记点。实验表明：cT数据场包含的75个标记点中69个被准确 识别，MRI数据场包含的52个标记点中47个被准确识别，其它标记点的识别误 差为1个体素或者√2个体素。 第三部分，点匹配中标记点空间位置分布的优化。神经导航中医生最关心的 是手术部位的靶点配准误差(Target Registration Error，TRE)，但是研究表明： 点匹配中TRE不仅取决于标记点间的配准程度，还与标记点个数和标记点空间 分布密切相关。在本部分中，作者首先提出了一种交互式标记点分布优化方法， 通过优化标记点的空间分布来降低手术部位的TRE。作者使用4家医院的46个 导航病例进行了实验，结果表明：通过该方法进行优化可以将由于标记点分布不 当引起的TRE降低一半左右。在此基础上，作者进一步提出了针对头部不同区 域和针对整个头部优化的两套标记点分布模板，临床医生可以根据标记点在模板 中的位置直接在病人头上设置标记点，并得到一个优化的标记点分布。 第四部分，面匹配空间配准TRE特征的分析。面匹配是神经导航中一种新 型空间配准方法，它使用人体固有形态特征进行空间配准，与传统的点匹配方法 相比，其优点是不需要人工标记点和专门的影像扫描。但是，目前面匹配在临床 中应用并不厂一泛，究其原因主要是它的配准精度不稳定、人们对其TRE的特征 还不够了解。在这一部分中，作者在图像空间中模拟神经导航的面匹配空间配准 过程，并对其TRE的特征进行了研究，进而总结出了临床使用中为了保证靶点 匹配精度而需要注意的问题，为面匹配的临床应用提供了科学依据。 综上所述，空间配准是神经导航的关键技术之一，空间配准的精度在很大程 度上决定了导航系统的定位精度。如何实现方便、精确的空间配准一直是神经导 航相关研究的重要内容。本文通过对神经导航中各种误差的全面分析以及对空间 配准过程的优化，为提高神经导航系统的定位精度提供了一系列科学有效的方 法。全文相关内容以第一作者发表和录用SCI论文5篇、EI论文1篇，另向SCI 检索的杂志投稿论文2篇。 复旦大学博士学位论文关键词：神经导航；空间配准；点匹配；面匹配；靶点配准误差；神经外科；标 复旦大学博士学位论文 关键词：神经导航；空间配准；点匹配；面匹配；靶点配准误差；神经外科；标 记点自动识别。 中图分类号：TP391．7 4 Analysis Analysis of the Errors in Neuronavigation and Research on Improving the Accuracy of Space Registration Abstract Neurosurgical disease such as brain tumor is a big threat to human health，and 18 surgical operation is the most effective treatment for them．Neurosurgical operatlon one of me most difficult and risky operations，since neurosurgeons need not only remove the foCus but also protect the normal structures in order to mlnlmlze the risk of serious impairment，paralysis，or e ven death．It is difficult to achieve this goal by me traditional way of operation，and according to statistics in the US，cranial procedures have high complication rates of 1 0 t