基于微创多模影像导航手术的动态病灶空间定位的研究

经皮肺穿刺活检法是肺小结节（特别是直径小于1cm）癌变早期诊断的金标准方法，影像导航技术为穿刺介入提供了可视化手段，然而受自主呼吸运动影响，病灶空间定位问题制约了基于影像导航系统的经皮肺穿刺活检法的发展和应用。本课题拟针对基于微创影像导航系统的经皮肺穿刺法，利用肺表和内部解剖结构，借助4DMRI影像，提出一种适合介入手术的呼吸运动模型，融合多模影像（2DX透视图像+3DMRI图像）信息，解决动态病灶实时空间定位的难题，建立实验平台，进行动物实验，对运动模型和实时空间定位方法进行评价，为微创影像导航下的经皮肺穿刺法在临床应用提供理论依据和实验评价。

本课题以基于微创影像导航系统的肺穿刺活检术为出发点，以肺内小结节，特别是直径<1.0cm的病灶，早期诊断和后续治疗为目的，研究动态病灶的空间定位问题。项目组实现了从3D肺部CT图像，准确地提取肺胸腔区域、气管和肺血管组织；开发了一种基于混合配准框架的配准方法，整合了点集和互信息配准的方法，实现快速精准的序列（4D）肺部CT图像弹性配准；在此基础上获取肺部特征点在序列时间点上的形变位移，再结合人体呼吸信号，通过最小二乘法线性拟合呼吸信号与形变位移，获得完整呼吸周期中任意时间点呼吸信号与形变位移的函数关系，从而构筑出一种自适应的肺部呼吸运动模型。此外，提出了一种新的2D/3D相似性测度，融合了距离和灰度信息，提升了配准效率，利用术中2D透视图的快速成像特点和术前3DCT高分辨率成像优势，完成动态病灶实时空间定位的目的。最终，在开发的手术导航实验平台上进行了相关动物实验。我们按原定计划开展研究，并取得了预期的研究成果，已全面完成预期考核指标。迄今为止，本项目发表研究论文全文18篇（录用2篇），其中SCI收录3篇；EI收录9篇，ISTP收录7篇。出版一本教材。在国际和国内学术会议专题报告9人次，其中项目负责人受第11届中华医学会激光医学分会全国学术会议邀请做特邀报告。申请专利4项，其中1项进入 实质审查阶段。培养博士研究生1名（在读），硕士研究生3名（2名已经毕业）。硕士研究生参加2013中国生物医学工程联合学术会议，获得“青年论文竞赛”三等奖（30%）。2013年毕业的一名硕士生荣获国家奖学金（2%）。在本项目研究基础上，课题组高欣教授成功申请到江苏省自然科学基金和江苏省临床医药专项各一项。