基于主方向傅里叶变换的2D 3D脊柱图像分级配准方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨克克 |
| 答辩日期 | 2021-05-21 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 刘光军 |
| 关键词 | 2D/3D配准 傅里叶变换 分级配准框架 图像分割 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 控制理论与控制工程 |
| 其他题名 | Research on 2D/3D Spine Images Hierarchical Registration Approach Based on Principal Direction Fourier Transform |
| 英文摘要 | 脊柱疾病是我国目前首要的致残疾病，这表明我国脊柱微创手术的需求量巨大。脊柱微创手术中医生无法通过视觉直接观察手术器械周围的组织结构，只能凭借经验，结合术前3D CT和术中2D X射线透视图像，推测器械周围组织结构。2D/3D图像配准映射2D图像和3D图像至同一坐标系，医生可直接观察器械周围的组织结构，从而提高手术成功率。过去几十年在2D/3D图像配准上开展了大量研究，精度已达到临床需求，然而精度和效率矛盾、捕获范围小、椎间角差异导致的精度不稳定的问题仍未被解决，基于此本文提出基于主方向傅里叶变换的2D/3D分级配准方法，并通过实验验证其有效性。针对椎骨铰链连接，不同姿态下两椎骨之间的椎间角差异导致的单椎骨精度不稳定的问题，本文提出了基于多维实例分割的脊柱图像预处理方法，该方法分别从3D图像和2D图像中分割单个椎骨，在单个椎骨上执行配准。针对配准精度和效率矛盾的问题，提出具有平面的平移和旋转不变性的图像变换方法——主方向傅里叶变换，通过该图像变换方法3D刚体变换中6自由度的参数可以被解耦，从而在保证配准精度的同时为提升配准效率提供基础。2D/3D医学图像配准的投影效率直接影响配准效率。本文在统一计算设备架构上实现了基于快速光线追踪算法的2D/3D投影策略，其核心是通过迭代方式求解下一交点，更新辐射路径，从而计算过程中无需存储全部交点，大量节省GPU的内存空间，在高效投影的同时降低了对硬件的需求。提出基于主方向傅里叶变换的分级配准框架，将搜索空间复杂度从O(n6)降低到O(n2)，大幅提高配准效率；基于主方向傅里叶变换的分级配准框架虽可缓解捕获范围小的问题，但程度有限，因此提出基于主方向傅里叶变换的模板匹配初始化方法；最后提出基于主方向傅里叶变换的2D/3D分级配准方法完成精度满足临床需求、高效、具有大的捕获范围的配准。在CT和模拟、离体干骨及临床腰椎X射线透视图像上分别进行配准实验，并对比现有较优的两种方法，精度、时间、捕获范围、鲁棒性及收敛性分析表明本文提出的方法能够一定程度上解决配准精度和效率存在矛盾、捕获范围小、椎间角差异导致的配准精度不稳定的问题，加快2D/3D配准技术走向临床的进程。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 79页 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/28943]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
| 作者单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨克克. 基于主方向傅里叶变换的2D 3D脊柱图像分级配准方法研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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