腦部手術用導引系統之方位校準及腦瘤影像分割

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姓名

林俊杰(Chun-Chieh Lin ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

腦部手術用導引系統之方位校準及腦瘤影像分割
(The Regisrtration and Brain Tumor Segmentation of Sugical Navigation System for Head)

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摘要(中)

隨著醫學影像發展的不斷演進，從早期的Ｘ光片，到後來的電腦斷層影像、磁振造影、血管攝影等各種適用於特定組織的影像，然而這些影像雖然可使醫師在診斷上更為便利，但僅僅提供二維的畫面，不足以做精確的手術定位。由鐘志偉所開發之頭部手術用規劃及導引系統[14]提供了一套實用性的電腦輔助手術方案，系統初期整合了電腦及影像的技術，配合立體定位裝置，以基因法則計算出病患與影像座標系之間的轉換關係，然後透過即時顯示重建後的立體模型與手術器械所在位置的三個正交剖面影像，使醫師對病患病情的診斷與手術中的定位更加精確。
本研究承續該系統，主要可分為兩大重點：方位校準(registration)及腦瘤影像分割(brain tumor segmentation)。在方位校準方面，修正了方位校準中轉換矩陣的求解方式，以正交向量對應法取代以數據來配湊函數的最小平方法，求解出更具代表性的轉換矩陣，提供最佳化更好的初始參數，收斂更快，精確度更高。在腦瘤影像分割方面，利用數位影像處理的分割技術，將二維影像中的腦瘤組織分割出來，並以行進方塊法進行腦瘤三維重建，與原系統中重建的皮膚影像做結合，使醫師在手術前能從三維畫面中獲得更多病灶資訊，以及與其他組織的相對位置，藉由更精確的光學式定位裝置，在手術進行中可導引醫師至目標位置，安全且有效地對病患進行治療。
本研究以台大醫院所提供之電腦斷層影像進行腦瘤分割功能的測試，分割效果相當良好，所採用的演算方式若經適當修改，亦可適用於其他影像，如磁振造影、超音波影像等。

關鍵字(中)

★ 影像分割
★ 影像處理
★ 方位校準

關鍵字(英)

★ image process
★ image segmentation
★ registration

論文目次

目錄
摘要……………………………………………………………………I
目錄……………………………………………………………………II
圖索引…………………………………………………………………IV
表索引…………………………………………………………………VII
第一章緒論………………………………………………………1
1-1 研究動機…………………………………………………1
1-2 文獻回顧…………………………………………………2
1-3 研究方法…………………………………………………3
1-4 論文介紹…………………………………………………4
第二章系統介紹及方位校準……………………………………5
2-1 系統作業流程及軟硬體架構……………………………5
2-1-1 系統作業流程…………………………………………5
2-1-2 系統軟體架構…………………………………………7
2-1-2-1 影像資料來源……………………………………7
2-1-2-2 軟體功能…………………………………………7
2-1-3 系統硬體架構…………………………………………9
2-2 方位校準…………………………………………………12
2-2-1 方位校準的理論與方法………………………………12
2-2-2 附加標記及其影像座標………………………………12
2-2-3 附加標記的裝置座標及誤差修正……………………15
2-2-4 求解轉換矩陣…………………………………………16
2-2-5 差異函數及最佳化……………………………………21
2-3 動態參考座標框架移位時之定位校正…………………22
第三章腦瘤影像分割……………………………………………24
3-1 數位影像之概念簡介……………………………………25
3-2 像素間的基本關係………………………………………26
3-3 影像前級處理……………………………………………28
3-3-1 消除雜訊………………………………………………28
3-3-2 影像增強………………………………………………30
3-4 以直方圖選取臨界值……………………………………31
3-5 區域成長法………………………………………………32
3-6 腦瘤之三維重建與體積計算……………………………34
第四章實測結果與討論…………………………………………35
4-1 腦瘤分割的軟體功能介紹………………………………35
4-2 案例 1……………………………………………………36
4-3 案例 2……………………………………………………43
4-4 案例 3……………………………………………………52
4-5 誤差分析…………………………………………………56
4-6 結語………………………………………………………60
第五章結論………………………………………………………61
參考文獻………………………………………………………………62

參考文獻

[1] R. C. Gonzalez and R. E. Woods, Digital Image Processing,
Addison Wesley, 1993.
[2] D. N. Kennedy, P. A. Filipek and V. S. Caviness,
“Anatomic segmentation and volumetric calculations in
nuclear magnetic resonance imaging”, IEEE Transaction on
Medical Imaging, vol. 8, no. 1, pp1-7, March 1989.
[3] W. E. Lorensen and H. E. Cline, “Marching Cubes: A High
Resolution 3D Surface Construction Algorithm”, Computer
Graphics, 21(3): pp163-169, July 1987.
[4] W. Schroeder, “A Topology Modifying Progressive Decimation
Algorithm”, Proceedings of Visualization ’97, IEEE
Computer Society Press, Los Alamitos, CA, October 1997.
[5] W. Schroeder, J. Zarge and W. E. Lorensen, “Decimation of
Triangle Meshes”, Computer Graphics(SIGGRAPH ’92), 26(2):
pp65-70, August 1992.
[6] W. J. Schroeder and K. M. Martin, The Visualization Toolkit
3nd, Kitware, Inc., 1999.
[7] NEMA Standard Publication PS3, NEMA, March 27, 1992.
[8] Technical Specifications, FlashPointTM Model 5000 3D
localizer, Image Guided Technologies, Inc., 1999.
[9] M. Y. Wang, C. R. Jr., J. M. Fitzpatrick and R. J.
Maciunas,“An Automatic Technique for Finding and
Localizing Externally Attached Markers in CT and MR Volume
Images of the Head”, IEEE Transaction on Biomedical
Engineering,vol. 43, no. 6, June 1996.
[10] J. J. Craig, Introduction to Robotics Mechanics and
Control, Addison Wesley, Chapter 2, 1989.
[11] A. B. Abche, G. S. Tzanakos, and E. Micheli-Tzanakou,
“Effect of the Number of External Markers in Multimodal 3D
Image Registration ”, Proceeding of the 1993 IEEE
Nineteenth Annual Northeast Bioengineering Conference, New
York, USA, pp172-173.
[12] A. B. Abche, G. S. Tzanakos, and E. Micheli-Tzanakou, “A
Method for Multimodal 3D Image Registration with External
Markers”, 14th Ann. Int. Conf. Of the IEEE EMBS, Paris-
France, Oct. 29-Nov. 1, 1992.
[13] Sugal 2.1 Genetic Algorithms Simulator, http://www.trajan-
software.demon.co.uk/sugal.htm
[14] 鐘志偉, “腦部手術用規劃及導引系統”, 碩士論文, 中央大學機
械工程研究所, 1998.
[15] 中華民國八十六年醫學工程科技研討會論文集, pp232-233, 1997
[16] 中華民國八十六年國科會醫學工程研究成果發表會論文集, pp360-
363, 1997
[17] 黃俊銘編譯, 數值方法─使用MATLAB程式語言, 全華科技圖書公
司, pp7-27~7-28, 1997.

指導教授

曾清秀(Ching-Shiow Teseng)

審核日期

2001-7-17

推文