磁性微泡對(duì)比劑介導(dǎo)超聲與磁共振圖像的配準(zhǔn)與融合研究.pdf

1、超聲成像(ultrasound imaging，US)是一種價(jià)格相對(duì)低廉、安全性高普及面廣的醫(yī)學(xué)成像模式，在醫(yī)學(xué)診斷中有著難以替代的作用。使用超聲造影劑一定程度上能夠增強(qiáng)超聲成像的對(duì)比度，提高診斷的準(zhǔn)確性。但是超聲成像清晰度和分辨率較低，超聲成像受氣體影響很大。
　　磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)對(duì)患者軟組織有較好的分辨力，其提供多個(gè)成像參數(shù)，通過(guò)設(shè)置成像參數(shù)能夠獲取豐富的診斷信息，對(duì)體

2、內(nèi)代謝和功能的研究更加有效。但是MRI對(duì)體動(dòng)敏感，易產(chǎn)生偽影，同時(shí)MRI對(duì)鈣化不敏感;掃描時(shí)間長(zhǎng)。
　　各種影像技術(shù)在時(shí)空分辨率方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，多種成像模式相融合可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。然而不同模態(tài)的醫(yī)學(xué)影像分辨率不同，成像原理不同，成像參數(shù)不同，因此在進(jìn)行圖像融合前必須進(jìn)行圖像之間的配準(zhǔn)。因?yàn)樯鲜鲈?，將超聲與其它模態(tài)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)與融合具有重要的實(shí)際意義。基于上述需求，本文以醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)理論為基礎(chǔ)，借助磁性微泡對(duì)比劑提升US和MRI中

3、的目標(biāo)物的對(duì)比度，進(jìn)行了超聲和磁共振影像的配準(zhǔn)和融合算法研究。本文在理論研究方面開(kāi)展了如下4個(gè)方面的工作:
　　(1)基于磁性微泡對(duì)比劑和仿射變換模型，進(jìn)行了超聲和磁共振影像之間的配準(zhǔn)，并對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行討論和分析。使用磁性微泡對(duì)比劑進(jìn)行了體模超聲和磁共振顯影，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了超聲圖像與磁共振圖像之間的空間仿射變換模型。此算法模型既能夠體現(xiàn)兩幅圖像之間的物理空間坐標(biāo)變換，也能夠體現(xiàn)兩幅圖像之間的強(qiáng)度（包括亮度和對(duì)比度）變化;運(yùn)用多尺

4、度金字塔算法對(duì)構(gòu)建的空間仿射變換模型進(jìn)行求解，得到的解既能夠滿(mǎn)足兩幅圖像之間空間全局變換，也能夠滿(mǎn)足兩幅圖像之間的局部細(xì)節(jié)變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:上述算法結(jié)合磁性微泡對(duì)比劑進(jìn)行超聲和磁共振圖像的配準(zhǔn)可以獲得較好的配準(zhǔn)效果。
　　(2)基于磁性微泡對(duì)比劑，進(jìn)行了基于光流場(chǎng)的超聲與磁共振影像的配準(zhǔn)。為了盡可能減少背景噪聲對(duì)配準(zhǔn)結(jié)果影響，應(yīng)用磁性微泡對(duì)比劑對(duì)US和MRI進(jìn)行了對(duì)比度增強(qiáng)，并對(duì)超聲影像和磁共振影像運(yùn)用活動(dòng)輪廓模型進(jìn)行了感興趣區(qū)

5、域的半自動(dòng)分割，基于超聲影像感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)和磁共振影像ROI構(gòu)建了健壯的光流模型，通過(guò)使用SOR逐次超松馳迭代法能夠計(jì)算出US和MRI之間的向量場(chǎng)，用獲得的向量場(chǎng)對(duì)超聲影像進(jìn)行形變。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明磁性微泡對(duì)比劑結(jié)合本章提出的改進(jìn)的光流場(chǎng)算法相對(duì)于其他方法可以獲得更滿(mǎn)意的配準(zhǔn)效果。
　　(3)提出了基于動(dòng)態(tài)加權(quán)非負(fù)矩陣的超聲影像和磁共振影像的融合算法。對(duì)源圖像運(yùn)用非采樣Contourlet變

6、換(nonsubsampled contourlet transform，NSCT)進(jìn)行分解，然后對(duì)低頻子帶系數(shù)采用自適應(yīng)動(dòng)態(tài)加權(quán)非負(fù)矩陣分解(dynamic weighted non-negativematrix factorization，DWNMF)結(jié)合分割圖像進(jìn)行融合，對(duì)各帶通方向子帶系數(shù)采用空間頻率激勵(lì)的脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，最后進(jìn)行NSCT逆變換獲得融合圖像。
　　(4)為了將配準(zhǔn)和融合算法用于臨床醫(yī)學(xué)腫瘤診斷，進(jìn)

7、行了基于生物體醫(yī)學(xué)影像的配準(zhǔn)與融合。首先選用裸鼠作為動(dòng)物模型，在裸鼠前肢皮下建立人體腫瘤模型，然后運(yùn)用超聲設(shè)備和磁共振設(shè)備，分別基于不使用磁性微泡對(duì)比劑和使用磁性微泡對(duì)比劑兩種情況，對(duì)建立在裸鼠上的腫瘤模型進(jìn)行超聲和磁共振成像。對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，配準(zhǔn)與融合算法結(jié)合磁性微泡對(duì)比劑，進(jìn)行基于生物體的超聲和磁共振的配準(zhǔn)與融合是可行的。
　　本文提出將磁性微泡對(duì)比劑用于圖像配準(zhǔn)和融合領(lǐng)域。該磁性微泡對(duì)比劑可以在一次用藥的情況下得到兩種成像模式