多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù)是醫(yī)學(xué)圖像分析與處理領(lǐng)域的一項(xiàng)經(jīng)典研究?jī)?nèi)容?，F(xiàn)代醫(yī)療診斷離不開(kāi)各種醫(yī)學(xué)圖像的支持,而且對(duì)圖像的質(zhì)量和所含信息有更高要求。將采自不同環(huán)境下的醫(yī)學(xué)圖像通過(guò)配準(zhǔn)解決因成像本身和組織位移、形變?cè)斐傻目臻g位置變化問(wèn)題,使其重新達(dá)到幾何位置的完全對(duì)應(yīng),對(duì)臨床疾病預(yù)防、觀察和病理監(jiān)測(cè)有著重要意義。為得到全面豐富的病人信息,需要將多種模態(tài)的醫(yī)學(xué)圖像信息融合,而醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是醫(yī)學(xué)圖像融合的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。借助信息化手段建立醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用軟件

2、平臺(tái),將醫(yī)學(xué)影像處理過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行直觀展示,通過(guò)計(jì)算定量分析和信息反饋有助于提高診療水平。論文針對(duì)多種模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法進(jìn)行研究,對(duì)互信息方法存在的性能和效率問(wèn)題進(jìn)行分析和改進(jìn),并提供一種互信息驅(qū)動(dòng)的有限元配準(zhǔn)方法,最后在算法基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)可視化平臺(tái)系統(tǒng)。主要完成了以下工作:
　　 首先,對(duì)圖像配準(zhǔn)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)回顧。主要圍繞適用于多模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的互信息算法,分析了圖像互信息的計(jì)算方法和過(guò)程,重點(diǎn)對(duì)互

3、信息方法的魯棒性和配準(zhǔn)效率方面進(jìn)行探討。對(duì)最大互信息配準(zhǔn)方法依賴圖像重疊程度和忽略空間信息的問(wèn)題進(jìn)行了分析,采用歸一化互信息代替最大互信息,通過(guò)其高階形式將計(jì)算區(qū)域擴(kuò)展至當(dāng)前像素點(diǎn)的鄰域范圍。為解決互信息配準(zhǔn)計(jì)算量大耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題,研究了多分辨率分析在圖像配準(zhǔn)優(yōu)化搜索過(guò)程中的應(yīng)用,采用小波金字塔對(duì)圖像進(jìn)行多分辨率分解,實(shí)現(xiàn)了互信息配準(zhǔn)的加速算法,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)更加合理的多分辨率策略。
　　 其次,在醫(yī)學(xué)軟組織圖像非剛性配準(zhǔn)方面,對(duì)

4、目前比較熱點(diǎn)的基于B樣條的自由形變模型配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析；基于物理模型和圖像灰度信息結(jié)合的思想,以有限元分析求解應(yīng)力問(wèn)題為基礎(chǔ),提供一種互信息驅(qū)動(dòng)的有限元醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法,離散化的有限單元模擬物理形變,以互信息作為能量驅(qū)動(dòng)函數(shù),根據(jù)最小勢(shì)能原理構(gòu)造總體剛度方程,使算法不僅可以精確模擬形變區(qū)域而且較好的適應(yīng)剛性位移。
　　 最后研究了圖像配準(zhǔn)算法的可視化實(shí)現(xiàn)。依據(jù)各種配準(zhǔn)方法的特點(diǎn)和共性,以重離子放療計(jì)劃軟件平臺(tái)為背景,使用