CT-MRI融合图像的三维重建中的应用

CT-MRI融合图像的三维重建在鼻窦-颅底外科导航三维显示中的应用鼻内窥镜技术以其直观、微创的特点已成为耳鼻喉科的常规技术手段。随着鼻内窥镜技术的发展与完善，鼻内镜手术的范围已扩展至颅底等深层次结构。因颅底部位较深、解剖结构复杂，内镜颅底外科的发展需要更加直观、丰富的颅底区域影像信息及术中导航技术。现有的术中导航多采用CT或MRI的影像显示结构及操作定位。CT对骨等密度较高的组织能提供高清晰的图像，但是对软组织结构显示欠佳；MRI对软组织的成像具有较高的分辨率，却无法精细显示骨性结构。已有将CT-MRI图像融合技术等多模态影像信息技术应用于神经外科及口腔颌面外科，但在内镜鼻窦-颅底外科中应用较少。我们拟用CT-MRI融合图像来进行鼻窦-颅底结构的三维重建并应用于手术导航系统的三维立体显示系统。本研究采用我院自主知识产权的图像处理系统对增强CT及MRI图像进行配准、融合、分割及三维重建，采用虚拟内镜下观察法、体绘制分割法、自动空间测量法及人工三维测量法，对基于CT-MRI融合图像的三维重建模型进行观察、操作及测量，用以研究CT-MRI融合图像在鼻窦-颅底外科导航三维显示中的应用。第一部分头颅CT-MRI图像的配准、融合、分割及三维重建目的：研究头颅CT、MRI图像配准、融合、分割及三维重建的方法。方法：选取患者的头颅增强CT及MRI图像作为研究对象，采用我院自主知识产权的图像处理系统进行操作。选择左、右眼球、第二颈椎椎体及枕骨大孔中心为配准点进行点配准，然后进行图像融合。在增强CT图像上进行颅骨及颈内动脉等的分割；在融合后的CT-MRI图像上进行肿物、鼻中隔、下鼻甲、中鼻甲等结构的分割。分别对勾勒出的结构进行三维重建。结果：选择左、右眼球中央、第二颈椎椎体及枕骨大孔中央进行点配准、融合后图像中的重要解剖标志吻合度好，符合解剖学常识。融合后的CT-MRI融合图像既可清晰显示头颅的骨性结构同时也能清晰呈现软组织结构，图像信息较单一的CT或MRI更加丰满。依照CT与MRI图像的配准、融合、三维重建步骤进行勾勒的图形边界清晰，完整，与融合图像中阴影边界重合好，与周围结构的勾勒边界无重叠。重建的结构显示完整，连续，表面光滑。结论：利用眼球、椎体及枕骨大孔中心点进行点配准的方法无创、简洁可用于头颅CT-MRI图像配准。依照配准、融合、三维重建的操作步骤可减小MRI图像的失真，其三维重建出的模型可以更准确地反应软组织的大小。第二部分三维立体模型在手术导航显示系统中的应用目的：研究三维立体模型在手术导航显示系统中的应用。方法：应用虚拟内镜的方式立体显示鼻腔-颅底结构，并与三视图导航及真实内镜下显示的颅底图像进行对比。结果：模拟内镜经鼻的观察方式可从鼻腔内部显示颅底各组织模型的立体结构，与真实内镜下组织形态及空间位置关系相似，各模型三维旋转及透明度调节流畅。从真实内镜及三视图无法直接观察到肿物与周围重要的神经及血管的位置关系。结论：基于CT-MRI融合图像的三维重建模型可通过虚拟内镜下观察法来实现由鼻腔内部观察颅底结构的空间位置关系，三维模型立体导航在显示颅底结构方面比真实内镜及三视图导航显示方式直观、方便、操作性强，可进行手术入路规划及手术风险评估，并为导航图像的立体显示奠定了基础。第三部分CT-MRI融合图像三维模型在鼻窦-颅底外科导航三维显示术前规划中的应用目的：CT-MRI融合图像三维模型在鼻窦-颅底外科三维导航术前规划中的应用。方法：将CT-MRI融合图像表面绘制出的软组织三维模型与根据增强CT体绘制出的颅骨模型组合在一起，采用体绘制分割法分割颅骨模型进行观察，由外向内逐层显露颅骨的骨性标志，观察各模型与显露出的骨性标志间的空间位置关系。结果：基于CT-MRI融合图像的体绘制模型与表面绘制模型可以通过模型间的组合来共同完成鼻窦-颅底结构的显示。体绘制分割后的颅骨模型残端边界清楚，边缘圆滑，可由外向内层层分割模型来推进观察，显示不同深度的骨性标志与颅内软组织模型间的空间位置关系。结论：基于CT-MRI融合图像的三维重建模型可通过与增强CT的体绘制模型相结合，采用体绘制分割法军医进修学院硕士学位论文2目的：研究头颅CT、MRI图像配准、融合、分割及三维重建的方法。方法：选取患者的头颅增强CT及MRI图像作为研究对象，采用我院自主知识产权的图像处理系统进行操作。选择左、右眼球、第二颈椎椎体及枕骨大孔中心为配准点进行点配准，然后进行图像融合。在增强CT图像上进行颅骨及颈内动脉等的分割；在融合后的CT-MRI图像上进行肿物、鼻中隔、下鼻甲、中鼻甲等结构的分割。分别对勾勒出的结构进行三维重建。结果：选择左、右眼球中央、第二颈椎椎体及枕骨大孔中央进行点配准、融合后图像中的重要解剖标志吻合度好，符合解剖学常识。融合后的CT-MRI融合图像既可清晰显示头颅的骨性结构同时也能清晰呈现软组织结构，图像信息较单一的CT或MRI更加丰满。依照CT与MRI图像的配准、融合、三维重建步骤进行勾勒的图形边界清晰，完整，与融合图像中阴影边界重合好，与周围结构的勾勒边界无重叠。重建的结构显示完整，连续，表面光滑。结论：利用眼球、椎体及枕骨大孔中心点进行点配准的方法无创、简洁可用于头颅CT-MRI图像配准。依照配准、融合、三维重建的操作步骤可减小MRI图像的失真，其三维重建出的模型可以更准确地反应软组织的大小。第二部分三维立体模型在手术导航显示系统中的应用目的：研究三维立体模型在手术导航显示系统中的应用。方法：应用虚拟内镜的方式立体显示鼻腔-颅底结构，并与三视图导航及真实内镜下显示的颅底图像进行对比。结果：模拟内镜经鼻的观察方式可从鼻腔内部显示颅底各组织第一部分头颅CT-MRI图像的配准、融合、分割及三维重建1CT-MRI融合图像的三维重建在鼻窦-颅底外科导航三维显示中的应用中文摘要鼻内窥镜技术以其直观、微创的特点已成为耳鼻喉科的常规技术手段。随着鼻内窥镜技术的发展与完善，鼻内镜手术的范围已扩展至颅底等深层次结构。因颅底部位较深、解剖结构复杂，内镜颅底外科的发展需要更加直观、丰富的颅底区域影像信息及术中导航技术。现有的术中导航多采用CT或MRI的影像显示结构及操作定位。CT对骨等密度较高的组织能提供高清晰的图像，但是对软组织结构显示欠佳；MRI对软组织的成像具有较高的分辨率，却无法精细显示骨性结构。已有将CT-MRI图像融合技术等多模态影像信息技术应用于神经外科及口腔颌面外科，但在内镜鼻窦-颅底外科中应用较少。我们拟用CT-MRI融合图像来进行鼻窦-颅底结构的三维重建并应用于手术导航系统的三维立体显示系统。本研究采用我院自主知识产权的图像处理系统对增强CT及MRI图像进行配准、融合、分割及三维重建，采用虚拟内镜下观察法、体绘制分割法、自动空间测量法及人工三维测量法，对基于CT-MRI融合图像的三维重建模型进行观察、操作及测量，用以研究CT-MRI融合图像在鼻窦-颅底外科导航三维显示中的应用。军医进修学院硕士学位论文4来实现由由外向内层层观察头颅骨性标志与颅底结构的空间位置关系，可进行术前手术入路规划及手术风险评估，并为导航图像的立体显示奠定了基础。第四部分鼻窦-颅底三维模型空间测量方式的研究目的：鼻窦-颅底三维模型中结构和占位病变的空间测量的方法。方法：对25例患者的颅底肿物模型分别采用自动法与人工法测量肿物模型的最大径线。自动法：采用图像处理系统的自动显示功能来显示模型的最大径线及模型间的空间距离。人工法：随机选取10名我科临床医师作为人工组的操作人员，对每一个模型的最大径线进行手工选点测量并以每个模型的平均测量值作为数据。比较自动法与人工法测量的模型最大径线数据并统计。结果：自动测量法与人工测量法在测量肿物模型最大径线（自动法最大直径均数为32.007±15.311mm；人工法最大径线均数为30.240±15.169mm）上差异有统计学意义（t=8.409，P0.05）。图像处理系统可自动显示肿物模型的最大径线及模型间空间距离的位置，并通过不同颜色的线条加以区别。结论：图像处理系统的自动测量功能比人工测量更加精准，并能够自动显示模型最大径线及模型间空间距离的径线所在位置，有利于手术入路规划、手术风险评估及空间测量。关键词：鼻内镜；虚拟内镜；体绘制分割；空间测距；三维重建；鼻窦-颅底外科；CT-MRI融合