心脏CT与CARTO电解剖图像配准算法研究

心脏CT与CARTO电生理解剖图像融合能显著提高房颤导管消融治疗的成功率，融合指导下的房颤治疗是当前临床应用领域的研究热点，然而有关心脏CT与CARTO电解剖图像配准的算法研究还处在起步阶段。目前医生在房颤消融中，配准心脏CT与CARTO电解剖图严重依赖Carto-Merge影像整合软件，除此之外，仅极少文献对相关配准算法进行了研究。事实上，现有这些配准方法均不能很好满足临床导管精确与实时导航的需求。为此，本项目对心脏CT与CARTO电解剖图配准展开研究，主要内容包括：1）分析各种临床因素对配准性能的影响，在既考虑空间解剖结构信息，又考虑电生理信息的基础上，提出基于互信息的高精度心脏CT与CARTO电解剖图像的全自动实时配准算法；2）提出基于配准函数曲线形状描述的简单、客观、定量的配准评价方法。这两点内容也是项目的主要创新所在。本项目研究对推动临床房颤消融治疗与配准算法研究都有着重要意义。

心脏CT与CARTO电解剖图像（EAM）配准能显著提高房颤导管消融治疗的成功率，配准指导下的房颤消融手术方兴未艾，是当前临床应用领域的一个研究热点，然而，有关EAM与CT曲面配准的算法研究还处在起步阶段。目前医生在消融手术中严重依赖Carto-Merge影像整合软件以实现EAM/CT配准，除此之外，仅极少文献对配准算法进行了研究。事实上，Carto-Merge软件需要临床医生在两图中手工选择若干对对应一致的同名点对，因而要求医生具备相当的专业水准；同时，现有的配准算法都在CARTO系统上运行，或者完全以模拟数据作为实验基础；而且算法所提供的配准精度都不能为消融导管提供足够精确的导航。为此，本项目对EAM与CT曲面配准算法展开研究，主要工作有：1）分析各种临床因素对配准性能的影响，选择在最佳状态下采集数据，以保障算法获得最佳效果；2）解码CARTO系统提供的CT与EAM数据，并详细分析EAM数据格式，使得在PC机上开展配准算法研究成为可能；3）提出并实现了基于主轴的全自动粗配准，同时分析了标测点分布对主轴配准的影响，以指导临床医生在心房内壁均匀采集标测点，从而获得更好的主轴配准结果；4)在主轴粗配准基础上，进一步提出基于Hausdorff距离的精配准。在38组模拟数据与6组真实病人数据上，实验验证，相对Carto-Merge以及现有的随机配准算法，Hausdorff配准能获得稳定且高精度的配准效果，成功率远高于前两者；同时算法完全自动，不需要任何手工介入；5)为进一步提高配准精度,克服因心脏跳动产生的巨大形变差异，以B样条自由形变模型取代刚体变换模型，提出了基于B样条自由形变模型的EAM/CT配准方法。本项目研究对推动临床房颤消融治疗有着非常重要的意义。