基于LBM的三維醫(yī)學影像非剛體配準算法研究.pdf

1、醫(yī)學影像配準技術是將多模態(tài)或單模態(tài)醫(yī)學影像中包含相同解剖結構信息的像素點進行空間幾何形變，從而建立浮動影像和參考影像在空間位置信息上的對應關系，使不同影像中包含相同解剖結構信息的像素點相互對應，進而不同影像所具有的解剖結構信息可以進行互補，提高醫(yī)學影像在臨床使用中的輔助作用，是生物工程領域的重要基礎性研究課題。由于醫(yī)學影像之間存在復雜的幾何差異性，影像配準時除了存在剛體形變，還存在非剛體形變。同剛體配準方法相比，非剛體配準方法不夠完善，

2、在擬合復雜形變、提高配準精度、加快配準效率和提升自動化程度等方面存在著許多研究難點。針對上述問題，本文主要研究工作為：
　　首先介紹了醫(yī)學影像配準的基本概念和算法步驟，分析了目前比較成熟的醫(yī)學影像非剛體配準方法的特點，歸納了非剛體配準方法中尚未解決的難點問題，特別針對基于Demons模型的非剛體配準方法進行了分析和研究，深入解析了如何使用Demons模型來處理醫(yī)學影像配準問題及算法所蘊含的實際物理意義，為本文研究工作奠定了理論基礎

3、。仿真結果表明，基于Demons模型的非剛體配準方法因為使用交替優(yōu)化策略而具有配準效率高的特點，但在迭代過程中采用固定不變的影像梯度信息，導致了浮動圖像的形變程度不能超過臨界值，否則會使得位移場平滑度下降，因此，算法只適合用于解決小形變配準問題。
　　為了提高醫(yī)學影像非剛體配準算法的性能，本文根據(jù)粘滯流體模型可以模擬復雜不規(guī)則形變的特性，充分利用了LBM(Lattice Boltzmanm Method)方法可以處理大數(shù)據(jù)量數(shù)值模

4、擬的特點，將醫(yī)學影像配準轉化為物理模型進行處理，提出了一種基于LBM模型的三維非剛體醫(yī)學影像配準方法，配準過程中將浮動影像建模為粘滯流體，使用Demons算法的控制力來驅動浮動影像形變；借助LBM模型求解像素點的運動軌跡，從而得到后向位移場；通過添加微分同胚約束條件保證配準過程中浮動圖像的拓撲結構不會遭到破壞；使用優(yōu)化迭代算法尋找最優(yōu)的形變函數(shù)，當?shù)玫降男巫兒瘮?shù)使能量方程達到最小閾值時，浮動影像和參考影像達到配準。本文完整構建并推導了含