磁性微泡對比劑介導超聲與磁共振圖像的配準與融合研究.pdf

1、超聲成像(ultrasound imaging，US)是一種價格相對低廉、安全性高普及面廣的醫(yī)學成像模式，在醫(yī)學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超聲成像的對比度，提高診斷的準確性。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)對患者軟組織有較好的分辨力，其提供多個成像參數(shù)，通過設置成像參數(shù)能夠獲取豐富的診斷信息，對體

2、內代謝和功能的研究更加有效。但是MRI對體動敏感，易產生偽影，同時MRI對鈣化不敏感;掃描時間長。
　　各種影像技術在時空分辨率方面各有優(yōu)缺點，多種成像模式相融合可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。然而不同模態(tài)的醫(yī)學影像分辨率不同，成像原理不同，成像參數(shù)不同，因此在進行圖像融合前必須進行圖像之間的配準。因為上述原因，將超聲與其它模態(tài)圖像進行配準與融合具有重要的實際意義?；谏鲜鲂枨螅疚囊葬t(yī)學圖像配準理論為基礎，借助磁性微泡對比劑提升US和MRI中

3、的目標物的對比度，進行了超聲和磁共振影像的配準和融合算法研究。本文在理論研究方面開展了如下4個方面的工作:
　　(1)基于磁性微泡對比劑和仿射變換模型，進行了超聲和磁共振影像之間的配準，并對配準結果進行討論和分析。使用磁性微泡對比劑進行了體模超聲和磁共振顯影，在此基礎上構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變換，也能夠體現(xiàn)兩幅圖像之間的強度（包括亮度和對比度）變化;運用多尺

4、度金字塔算法對構建的空間仿射變換模型進行求解，得到的解既能夠滿足兩幅圖像之間空間全局變換，也能夠滿足兩幅圖像之間的局部細節(jié)變化。實驗結果表明:上述算法結合磁性微泡對比劑進行超聲和磁共振圖像的配準可以獲得較好的配準效果。
　　(2)基于磁性微泡對比劑，進行了基于光流場的超聲與磁共振影像的配準。為了盡可能減少背景噪聲對配準結果影響，應用磁性微泡對比劑對US和MRI進行了對比度增強，并對超聲影像和磁共振影像運用活動輪廓模型進行了感興趣區(qū)

5、域的半自動分割，基于超聲影像感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)和磁共振影像ROI構建了健壯的光流模型，通過使用SOR逐次超松馳迭代法能夠計算出US和MRI之間的向量場，用獲得的向量場對超聲影像進行形變。對比實驗表明磁性微泡對比劑結合本章提出的改進的光流場算法相對于其他方法可以獲得更滿意的配準效果。
　　(3)提出了基于動態(tài)加權非負矩陣的超聲影像和磁共振影像的融合算法。對源圖像運用非采樣Contourlet變

6、換(nonsubsampled contourlet transform，NSCT)進行分解，然后對低頻子帶系數(shù)采用自適應動態(tài)加權非負矩陣分解(dynamic weighted non-negativematrix factorization，DWNMF)結合分割圖像進行融合，對各帶通方向子帶系數(shù)采用空間頻率激勵的脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡進行融合，最后進行NSCT逆變換獲得融合圖像。
　　(4)為了將配準和融合算法用于臨床醫(yī)學腫瘤診斷，進

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