心脏介入手术是一种诊断和治疗心血管疾病的新型医疗技术,它在对抗冠心病,风湿性心脏病等人类杀手中做出了突出贡献,其手术创伤小,时间短,安全性高,费用较低,被广泛应用于相关疾病的临床诊断和治疗中,具有重大的临床意义。本文的研究方向是心脏介入手术导航中配准方法与实现的研究,主要内容是基于外标记点图像引导的手术导航配准,包括外标记点的三维重建和配准等关键问题的研究。具体工作内容和成果包括以下几点。(1)研究了不同角度心脏造影图像的投影变换关系,提出一种在心脏造影图像中外标记点匹配的方法。对每张造影图片里的外标记点构建一个二维的特征向量,在相邻投影角下的心脏造影图片里利用特征向量的欧式距离进行外标记点匹配,实验结果表明这种方法能快速正确地完成所有不同投影角度的心脏造影图片里外标记点的匹配,此外比较了三角链码特征匹配的方法,实验表明本文的方法对外标记点匹配在正确率上更具优势。(2)实现了利用多角度的心脏造影图片对外标记点的三维重建。利用C臂几何校准和最小平方估计原理重建出外标记点在C臂三维空间坐标系里的坐标位置。在完成多角度下心脏造影图片里的外标记点匹配后,根据几何相交和最小平方估计理论计算出贴在病人身上外标记点的坐标值,并利用重建后的外标记点之间的距离分析标记点受心肺运动影响造成的浮动位移量。(3)深入研究ICP(迭代最近点)算法,提出去除位移量大的外标记点来提高配准精度的方法。通过实验数据分析发现,包含相对浮动位移量大的标记点的变换矩阵会造成ICP配准精度下降,使配准精度达不到临床需求,实验发现去除位移量大的标记点得到的变换矩阵使得ICP配准的精度能够达到临床需求。(4)设计开发了3D可视化软件。利用医学影像开发工具包ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit)和VTK(Visualization Toolkit)开发了心脏区域组织的分割和配准融合功能模块,构建虚拟的人体心脏区域三维空间,并利用Qt设计了软件平台的界面。手术过程中,将本文算法得到的手术器械在三维空间里的坐标输入到软件平台里,在计算机虚拟的人体三维空间里用圆锥体代表手术器械的相对位置,为医生的手术提供导航信息,避免医疗事故的发生。