实时超声图像与心脏剖面图形配准技术研究

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近年来,心脏电生理标测技术发展迅猛,导管射频消融术已经逐渐成为了治疗心脏房颤的首选医疗方案。在心脏消融手术中,需要把介入消融导管通过静脉血管送入到心脏内腔(心房或心室)中,导管顶端需要找到目标靶点位置并且进行消融,其中关键技术是导管在心脏中位置的确定。目前用于消融手术中导管定位的方法主要有三维磁场定位法和三维电场定位法两种。三维磁场定位方法是使用固定在手术床下的三个线圈来分别产生磁场,然后用埋藏在消融导管头部附近的探测线圈来感知三个定位磁场的强度,确定导管在磁场中的位置,但此方法进行定位时,要求病人不能和手术床发生相对移动,否则会出现较大的定位误差;三维电场定位方法采用粘贴在病人皮肤表面的三对电极片产生的三个正交电场来定位,手术中埋藏在导管头部的电极用来感应三个电场的电场强度,来确定导管头部在心脏中的位置。磁场和电场定位方法的一个共同特征是它们均为进口设备,完成单台手术的成本高昂。  针对以上问题本论文提出了一种无X光辅助的消融手术中导管的定位方法,它将超声换能器探头与消融导管结合起来,利用超声成像和特征匹配技术实现对消融导管的术中定位与导航。具体方法如下:(1)通过人体全身解剖数据集获取人体心脏的三维数据,建立心内膜表面的三维矢量模型;(2)设计计算定位用超声换能器探头的基本参数及扫描策略,编制相应的仿真计算软件;(3)以所建的心内膜三维矢量模型为照射目标,通过仿真计算获得超声探头的探测扫描数据;(4)对仿真得到的扫描数据进行数据处理,获得由扫描数据重建的目标表面特征;(5)将重建的目标表面特征与所建心内膜三维矢量模型模型的表面特征进行匹配,最终反求确定导管顶端的位置。  基于解剖数据集建立了精确的心内膜三维模型,并通过对其的模拟超声照射获得了超声扫描数据,重建的曲面模型精度高,与所建的心内膜三维模型上的目标区域有较好的匹配性,经过多次仿真试验反求出的导管顶管位置与其理论位置的误差满足定位精度要求。提出的利用超声成像和特征匹配技术实现对消融导管探头术中定位的方法能够满足定位要求,为手术的实施提供精确可靠的导航作用。
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