CT引导肝肿瘤热消融治疗已用于临床。该治疗是在CT影像引导下,将消融针经皮刺入肝肿瘤作为热源,在数分钟内将肝肿瘤加热至高温形成完全凝固性坏死,从而在原位灭杀肿瘤。客观准确的消融针穿刺路径规划是热消融治疗的重要环节,然而目前临床上该环节仍然依赖临床医生的个人经验,或基于二维CT序列切面图像执行手工规划,或基于现有的手术路径规划系统执行交互式规划。论文针对CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径的自动规划问题,研究消融针穿刺路径计算机辅助规划方法与系统,主要包括CT图像三维分割为基础的肝血管等关键解剖结构的三维建模、临床消融针穿刺路径约束条件计算机自动处理为基础的消融针穿刺路径自动规划、以及消融针穿刺路径规划系统设计,具有重要的学术意义和潜在的应用价值。论文主要研究工作及创新点如下:1)提出了一种基于血管增强与模糊连接度(FC)的CT图像肝血管三维自动分割新方法。首先,设计了一种结合自适应S型灰度拉伸滤波和背景噪声抑制项的血管增强算法。其次,创新性地将血管增强响应引入FC算法,作为模糊亲和度函数的输入,提高了传统FC算法在低对比度CT图像中的分割性能。再利用多阈值Otsu算法自适应初始化FC参数,降低了传统FC算法对种子点数量和分布的依赖,缓解了传统FC算法对初始参数敏感的问题。最终,利用一个自动生成的种子点,二值化模糊场景,得到肝血管的三维自动分割结果。利用20例3Dircadb和20例Sliver07的三维CT数据,验证所提出的肝血管分割方法,准确性、敏感性、特异性和Dice系数分别为96.4%、73.7%、97.4%、67.3%(3Dircadb),以及96.8%、84.4%、97.6%、71.4%(Sliver07)。所改进的FC方法能够分割复杂、多样的肝血管,甚至能够胜任低对比度CT图像分割。相比传统FC方法、区域生长方法和阈值水平集方法,所改进的FC方法的分割精度更高,对种子点和初始参数依赖性更低。所提出的肝血管分割新方法能够用于CT图像中肝血管的三维自动分割。2)提出了一种临床约束条件计算机自动处理为基础的消融针穿刺路径自动规划新方法。首先,设计了一种基于坐标校正的立方体贴图方法,可将腹腔解剖信息透视投影至患者体外包围盒表面。其次,利用计算机算法自动处理临床强约束条件,对患者腹腔关键结构执行坐标校正的立方体贴图处理,将患者体外包围盒表面自动划分成可行/禁止进针区域。最后,利用计算机算法自动处理临床强/弱约束条件,由坐标校正的立方体贴图方法生成归一化灰度约束图,再对归一化灰度约束图进行加权处理,自动规划最优消融针穿刺路径。利用10例3Dircadb三维CT数据(含18个肿瘤),定性评估所提出的消融针穿刺路径自动规划方法,在与两位临床医生讨论后,医生认为超过78%的消融针穿刺路径自动规划是有效的,超过39%的消融针穿刺路径自动规划优于医生的手工规划。与现有的穿刺路径规划方法相比,首先,所提出的方法生成的备选穿刺路径(用于筛选最优穿刺路径的候选路径),其数量和精度仅与患者CT图像的空间采样呈正相关。相比基于离散偏转角生成的备选穿刺路径(数量n=360~2或n=720~2),或使用患者皮肤表面多边形网格面绘制方法生成的备选穿刺路径(数量n∈[2000,6000]),所提出的方法生成的备选穿刺路径的数量至少超出一个数量级,且精度不受限于患者腹部皮肤的三维重建精度。此外,相比使用基于穷举法的碰撞检测(至少进行2000-6000次碰撞检测),或基于透视投影的柱面投影(至少数十次透视投影)规划消融针穿刺路径的方法,所提出的方法仅需要6次透视投影。最后,相比基于帕累托最优概念交互式地规划最优消融针穿刺路径的方法,所提出的方法能够自动地规划最优消融针穿刺路径。综上,所提出的消融针穿刺路径自动规划新方法,规划精度较高,算法实现复杂度较低,且无需人工交互(但可支持手工修订路径规划结果)。该方法能够用于CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径的自动规划。3)设计了一套CT引导肝肿瘤热消融治疗手术路径规划系统。系统主要包括两个功能模块。其一,关键结构的三维自动/半自动分割和重建模块,实现肝脏、肝肿瘤、肝血管、皮肤、骨骼和肺脏的三维分割和三维重建。其二,消融针穿刺路径规划模块,实现消融针穿刺路径的自动规划及交互修订功能。同时,实时反馈消融针穿刺路径的规划参数(包括穿刺起点、穿刺靶点的空间坐标、以及消融针穿刺路径对应各项临床约束条件的符合程度)。与现有的手术路径规划系统相比,已有的部分手术路径规划系统不包含关键结构的自动/半自动分割功能。此外,部分手术路径规划系统的穿刺路径规划功能仅停留在三维重建腹腔解剖场景的层面,尚需临床医生根据经验交互式规划消融针穿刺路径。所设计的手术路径规划系统完善了消融针穿刺路径规划的关键环节。两位临床医生操作所设计的系统,执行消融针穿刺路径规划任务后,认为该系统能够指导或辅助临床医生执行CT引导肝肿瘤热消融治疗的手术路径规划任务,有望提高消融针穿刺路径规划的准确性和客观性。