基于樣條變換的醫(yī)學(xué)圖像彈性配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的飛速發(fā)展，使得醫(yī)學(xué)圖像逐漸成為臨床診斷與治療中的重要依據(jù)。對(duì)存在較大形變的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行彈性配準(zhǔn)是當(dāng)前臨床應(yīng)用中的一個(gè)重要研究課題。其中，基于樣條變換的彈性配準(zhǔn)算法通過(guò)控制點(diǎn)及樣條基函數(shù)來(lái)對(duì)待配準(zhǔn)圖像的彈性形變進(jìn)行描述，具有諸多優(yōu)良特性。因此，本文將彈性配準(zhǔn)算法分為基于特征的、基于灰度的和基于特征與灰度的三大類(lèi)，并在此基礎(chǔ)上選用薄板樣條和 B樣條作為空間變換模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)形變較大的醫(yī)學(xué)圖像的快速精確配準(zhǔn)。
　　在基于

2、特征的彈性配準(zhǔn)算法中，針對(duì) SIFT算法不能在形變較大的局部區(qū)域提取出有效特征點(diǎn)對(duì)的不足，提出了一種基于逐步細(xì)化特征提取和樣條變換的彈性配準(zhǔn)算法。該算法首先對(duì)待配準(zhǔn)圖像使用 SIFT算法進(jìn)行初步的特征提取與匹配，從而得到體現(xiàn)圖像全局形變的特征點(diǎn)對(duì)；接著通過(guò)計(jì)算經(jīng)薄板樣條變換后的浮動(dòng)圖像與參考圖像的對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)的像素點(diǎn)鄰域灰度均方差，尋找形變較大的局部區(qū)域；然后對(duì)這些區(qū)域利用互信息再次進(jìn)行特征提取與匹配，從而得到體現(xiàn)圖像局部形變的特征點(diǎn)對(duì)。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法不僅減少了特征提取與匹配過(guò)程所需時(shí)間，而且其配準(zhǔn)精度也得到了有效提高。
　　在基于灰度的彈性配準(zhǔn)算法中，對(duì)局部具有較大形變的醫(yī)學(xué)圖像在使用層次B樣條變換配準(zhǔn)時(shí)，由于每層控制網(wǎng)格都要進(jìn)行全局細(xì)化，在造成不必要的計(jì)算的同時(shí)，對(duì)在上一層網(wǎng)格中已配準(zhǔn)好的圖像區(qū)域也將受到影響。因此，提出了一種基于局部區(qū)域細(xì)化層次B樣條的彈性配準(zhǔn)算法。該算法首先對(duì)浮動(dòng)圖像的全局采用較大的控制網(wǎng)格快速完成粗配準(zhǔn)，然后對(duì)其中形變較大的部分區(qū)域

4、使用較小的控制網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)局部精配準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法不僅減少了變換過(guò)程中所耗費(fèi)的時(shí)間，而且其配準(zhǔn)精度也得到了保證。
　　為了能夠?qū)Υ嬖谳^大形變的醫(yī)學(xué)圖像更進(jìn)一步地實(shí)現(xiàn)快速精確配準(zhǔn)，提出了一種基于特征與灰度的混合樣條變換彈性配準(zhǔn)算法。該算法不僅將基于特征的和基于灰度的彈性配準(zhǔn)算法進(jìn)行了結(jié)合，而且同時(shí)利用了薄板樣條和 B樣條各自的優(yōu)勢(shì)。即首先通過(guò)SIFT算法所得特征點(diǎn)對(duì)對(duì)浮動(dòng)圖像進(jìn)行薄板樣條變換，得到初步配準(zhǔn)圖像；然后使用互信息作為