1.緒論

1.1 手術導航

#手術導航是以CT/MRI等醫學影像數據為基礎，通過虛擬現實技術，定位追蹤后顯示出手術器械相對病變組織的位置關系，從而實現對手術過程的實時引導。

#在外科手術中，臨床醫生能根據導航影像實時掌握手術器械和病灶之間三維相對空間關系，尤其是解剖結構相對復雜，常規手術風險較大的臨床手術。

1.2 手術導航系統的基本組成

手術導航系統的基本組成結構：

#1圖像工作站及圖像處理軟件：負責存儲影像數據、圖像處理及處理后的影像顯示。圖像處理硬件采用高檔三維的圖像工作站。

#2位置探測儀器：實質上是一個數字化坐標定位系統，用于追蹤器械與病灶的相對位置

1.3手術導航系統工作流程

整個手術導航的流程十分復雜，如果按時間發生的先后順序來進行區別，可將整個導航過程分為術前規劃、術中實時導航和術后評價三個階段。

#術前規劃：根據術前獲取的病人圖像信息合理地規劃路徑/對收集到的二維病人數據進行三維重建。該重建后的三維圖像與規劃手術路徑在同一個坐標系中

1.4手術導航中的難點

手術導航過程中，2D/3D配準過程消耗大量時間，并且對于手術成敗影響很大。而配準過程中，DRR圖像生成方法最值得關注，同時，也是實時性的限制。

2. 醫學圖像配準

2.1 定義

醫學圖像配準就是將兩個不同的待配準醫學圖像，對一幅醫學圖像通過尋求一種或者一系列對應的空間變換，使它與另一幅醫學圖像上對應的點達到空間上的一致，這種一致將使臨床病例的同一手術解剖點在兩幅配準后的醫學圖像上具有相同的空間位置坐標。

2.2 圖像配準要素

2.2.1 幾何空間變換

圖像配準中的幾何空間變換指將浮動圖像的坐標點經過相應合適的幾何變換后和參考圖像的坐標點達到空間上的一致。經過特征提取后，圖像的配準問題就已經轉化為求解圖像特征集之間的空間幾何變換問題，即尋找浮動圖像特征集中的一點與參考圖像空間特征集中的對應點之間的映射關系。

線性變換分為剛體變換、放射變換、投影變換。

非線性變換將直線映射變為曲線。

2.2.2 圖像插值

2.2.3 相似性測度函數

2.2.4 優化

3.CUDA(Computed Unified Device Architecture)

CUDA是一種軟件體系，在這個體系中，他不需要借助圖形學API，采用了類C語言進行編程，并且采用了統一處理框架也引入了片內共享存儲器，能滿足線程間通信與隨機寫入。因為GPU作為數據并行計算的設備，她更適合用于通用并行計算。

4.基于CUDA的2D-3D醫學圖像配準

4.1 數字重建影像技術(Digital Reconstruction,DRR)

數字重建影像是對CT圖像進行模擬投影方式所產生的虛擬X線圖像，廣泛應用于計算機輔助外科手術、圖像引導介入治療和圖像引導放射治療等領域。

DDR的生成是一個耗時相當長的過程，對于N*N*N的圖像數據，傳統的算法，如投影算法、拋雪球算法以及剪切變形等算法的計算復雜度為O(N^3)。為了滿足實時性的要求， Daniel B.Russakoff等人提出了“基于光場的數字重建影像方法”，將廣場理論引入DRR的形成過程中，大幅度提高了DRR圖像生成速度，但該方法內存消耗量大、建立的廣場數據有大量冗余、處理時間長；D.Ruijters等提出了“基于圖像處理器GPU的DRR的生成方法”，大幅度提升了DRR圖像的生成效率。

總結

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