血管介入手术中的X射线影像引导关键技术研究

发布时间：2020-04-17 04:13

【摘要】：X射线成像是一种通过射线在不同密度物质中的不同衰减来获取物质结构信息的成像模态,既可以于术前获取人体的三维解剖结构用于疾病诊断和手术路径规划,又可以在手术过程中获得感兴趣区域的实时影像,因此在影像引导的介入手术中有着广泛的应用。本文选择了X射线影像引导技术在血管介入手术中的两个有代表性的应用场景,分析了现有技术的优势和劣势,针对其面临的挑战和存在的不足提出了解决方案。随着平板探测器技术的发展,获取高质量的二维X光透视图像成为可能,使得基于C臂的CBCT三维成像技术得到了广泛的应用。目前CBCT面临的挑战在于三维重建方法计算效率偏低,不能满足临床实践中提出的实时性的需求。因此,本文提出了基于GPU并行加速技术的CBCT快速三维重建方法。该方法针对三维重建算法的几何特性进行了优化并设计了一套基于GPU流数据处理机制的并行计算加速方案,在算法层面提高计算效率。同时提出将传统的线性影像链转化为并行非线性影像链,应用延时隐藏技术,从系统层面进一步降低三维重建耗时。通过对数字体模的模拟投影数据及由C臂系统采集的成像体模投影数据的三维重建实验,证明了本文提出的方法能在保证三维重建质量的前提下极大的提高计算效率。X射线透视成像在影像引导介入手术中是一种得到广泛应用的获取术中手术区域解剖结构的重要成像模态。从X射线透视图像中提取导丝等手术器械的位置和形态,能增强术中影像,从而更好的辅助医生进行介入手术。现存的从X射线透视图像中提取导丝的方法存在的问题主要包括需要人工介入和计算效率低下难以满足实时性需求。基于此,本文提出了一种基于GPU并行加速的X射线透视序列中的全自动快速导丝提取方法。此方法通过多尺度滤波方法从二维图像中构造出图像信息内所包含的线性结构特征图,经由梯度向量场方法使其收敛至导丝脊线。通过设计一套基于GPU并行加速技术的优化方案,及基于类贝叶斯滤波的导丝动态追踪方法,有效的缩小感兴趣区域的大小,从而提高计算效率。通过在心血管介入手术中采集的两组记录了导丝在血管内运动过程的X射线透视图像序列对本文提出的方法进行测试,证明了本文提出的解决方案和现存的方法相比较,能自动且更加准确的提取导丝结构,并且计算效率获得了巨大提升,能满足实时性需求。
【图文】：

图 1-1 平板探测器像素探测阵列单元1.2 CT 成像技术原理CT 成像与 X 光透视成像均是利用 X 射线在人体内不同组织间的不同衰减程度来获取信息，但是两者之间存在一个主要区别，CT 成像获取的是人体组织的断层图像。由上一节我们可以知道，X 射线在通过物质时其光子会和物质中的原子发生相互作用而发生强度衰减，，我们用线性衰减系数 对此进行衡量。在医学成像领域，为了获取人体内部组织结构的信息，我们更关注的是不同组织之间 X 射线衰减系数之间的差异，因此国际上将 CT 影像中每个体素对 X 射线衰减作用的大小，定义为 CT 值。在实际应用中，CT 值被定义为 X 线经过该体素的衰减量与 X 线经过水的衰减量的相对比值，即CT1000 水水。CT 值反应了在同一强度 X 线下，不同物质之间的密度差异。而在

Randon变换
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;O434.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 汪胜;张鑫;钱伟;蔚华;史立群;;射波刀影像引导系统临床应用优化[J];医疗卫生装备;2015年01期

2 魏胜涛;;影像引导在放疗摆位中的误差分析[J];世界最新医学信息文摘;2015年48期

3 M.Ahmed;L.Solbiati;C.L.Brace;D.J.Breen;M.R.Callstrom;J.W.Charboneau;禹智波;;影像引导肿瘤消融术:术语和报告标准的标准化——10年更新[J];国际医学放射学杂志;2014年06期

4 ;多维影像引导手术系统[J];中国医疗器械杂志;2012年01期

5 何志嵩;影像引导下的肾肿物活检适应证、准确性及其在临床治疗方面的作用[J];中华泌尿外科杂志;1999年10期

6 郑祖安;陈泽;付美凤;付秀根;肖志平;钟伟伟;李定宇;黄河;;基于影像引导验证的体部放射治疗靶区位置校正研究[J];中国中西医结合影像学杂志;2018年03期

7 周振天;刘家峰;李海云;梁志远;;肿瘤消融中的影像引导技术[J];北京生物医学工程;2015年04期

8 金海国;董丽华;;影像引导技术指导下肺癌放射治疗的临床研究[J];吉林医学;2009年21期

9 李宏奇;王颖杰;刘承利;夏廷毅;;精确放射治疗中的影像引导技术成像原理和应用[J];中国医药导报;2018年19期

10 赵瑞;李莎;陆军;王震岳;;射波刀治疗中应注意的影像引导定位问题[J];中国医疗设备;2015年09期

相关会议论文 前10条

1 鲁通;梁萍;邓双成;曹莹瑜;幺娆;;使用开源库进行影像引导消融治疗导航系统的快速开发[A];中国超声医学工程学会第八届全国腹部超声学术会议论文汇编[C];2010年

2 孟强;王艳阳;张蔚;付慧君;龚建舟;陆惠忠;;肺癌影像引导放疗不同图像配准方法比较[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

3 唐国军;朱国培;王焱;郭晓梅;章真;周莉均;;影像引导放疗提高了椎旁肿瘤照射的精度[A];2007第六届全国放射肿瘤学学术年会论文集[C];2007年

4 李水清;;影像引导腰骶神经根射频镇痛术[A];2016中国医师协会疼痛医师专业委员会年会资料汇编[C];2016年

5 孟娜;王俊杰;;影像引导放射性~(125)Ⅰ粒子植入治疗头颈部放疗后复发肿瘤[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

6 王艳阳;折虹;傅小龙;夏冰;;影像引导Ⅰ期非小细胞肺癌立体定向放疗临床研究初步结果报道[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

7 梁萍;;数字医学影像技术在影像引导肿瘤消融治疗中的应用进展[A];中国超声医学工程学会第八届全国腹部超声学术会议论文汇编[C];2010年

8 李娜;郑雨田;芦洋;齐烨;;影像引导下微创穿刺活检诊断乳腺疾病的应用进展[A];天津市生物医学工程学会第三十三届学术年会论文集[C];2013年

9 朱健;尹勇;李建彬;刘同海;卢洁;;锥形束CT(CBCT)图像拼接技术在影像引导放射治疗中的研究及应用[A];2007第六届全国放射肿瘤学学术年会论文集[C];2007年

10 刘莉莉;陈林;许庆勇;云惟康;白彦灵;徐威威;;影像引导联合自主呼吸协调程序对左肺下叶腺癌大分割放疗的初步研究[A];中华医学会放射肿瘤治疗学分会六届二次暨中国抗癌协会肿瘤放疗专业委员会二届二次学术会议论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前3条

1 实习生 滕娜;功能影像引导,将肿瘤放在“靶”上[N];科技日报;2010年

2 记者 王琴;“80后”工科博士跨界成功创业[N];无锡日报;2013年

3 本报记者 吕宁丰 本报通讯员 刘春林 傅可;百姓“花钱买健康” 产业发展要跟上[N];南京日报;2014年

相关博士学位论文 前9条

1 陈垦;血管介入手术中的X射线影像引导关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院);2019年

2 伍世宾;影像引导中分割与配准关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院);2018年

3 刘方义;影像引导热消融治疗三维可视化平台建立及临床应用研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2012年

4 鲁通;计算机集成技术在影像引导消融治疗中应用的研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2010年

5 翟伟明;影像引导下计算机辅助介入手术导航关键技术的研究[D];清华大学;2010年

6 陆健;影像引导下~(125)I放射性粒子组织间植入治疗肺癌的生物效应和临床应用研究[D];苏州大学;2016年

7 王艳阳;影像引导肺癌立体定向放疗技术的建立与临床应用[D];复旦大学;2009年

8 鲁东;多模态影像引导微创介入诊疗胰腺癌临床评价[D];山东大学;2017年

9 刘颖;超声引导不可逆性电穿孔消融山羊肝脏组织的实验研究[D];重庆医科大学;2011年

相关硕士学位论文 前3条

1 李欢;多模态影像引导提高~(125)Ⅰ粒子植入治疗增益比的研究[D];天津医科大学;2017年

2 施林心;影像引导的自适应放疗在鼻咽癌治疗中的应用研究[D];安徽医科大学;2014年

3 项宇;基于影像引导的计算机辅助肝癌微波消融[D];长春理工大学;2011年

本文编号：2630439