基于B樣條和互信息的非剛性醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的研究與應(yīng)用.pdf

1、圖像配準(zhǔn)技術(shù)發(fā)展到今天也不過三十多年的歷史，由于計算機(jī)硬件與醫(yī)學(xué)成像技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，不斷地涌現(xiàn)出許多信息各異的醫(yī)學(xué)圖像，為臨床診斷提供了豐富的資料。由于各種醫(yī)療儀器的成像原理不同，導(dǎo)致提供的醫(yī)學(xué)信息也就大不相同，然而單模態(tài)圖像為醫(yī)生的臨床診斷提供的都是零散片面的信息，要想得到更全面完整且互補(bǔ)的圖像信息，就必須將攜帶各種不同類型信息的多種模態(tài)圖像融合在一起，以便醫(yī)生做出更準(zhǔn)確可靠的診斷。當(dāng)前國內(nèi)外在剛性配準(zhǔn)領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)成熟，但事實(shí)上

2、人體器官組織通常都存在各種復(fù)雜的非線性形變，只有非剛性配準(zhǔn)才能滿足這方面要求。因此，醫(yī)學(xué)圖像非剛性配準(zhǔn)在臨床治療上尤為關(guān)鍵，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，必將成為未來醫(yī)學(xué)數(shù)字技術(shù)的熱點(diǎn)。
　　本文主要研究非剛性圖像配準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)的兩大模塊，一是反映兩幅圖像之間空間關(guān)系的變換模型，一是度量兩幅圖像是否達(dá)到完全配準(zhǔn)的相似性測度。具體的研究內(nèi)容有以下幾個方面：
　　(1)研究了配準(zhǔn)的整個框架、流程及具體步驟，詳細(xì)歸納并整理總結(jié)了圖像配

3、準(zhǔn)中的空間變換、灰度插值、相似性測度和優(yōu)化算法四大關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)闡述了樣條函數(shù)模型、LBFGS優(yōu)化算法的搜索原理以及基于空間變換和物理模型的非剛性圖像配準(zhǔn)方法。
　　(2)針對存在非線性形變的圖像，采用B樣條變換可以很好地擬合圖像間的不規(guī)則形變，直觀上看可以得到較佳的配準(zhǔn)效果；針對B樣條控制網(wǎng)格間距的選取具有隨機(jī)性，無法很好地權(quán)衡配準(zhǔn)精度與效率的問題，提出了基于多層次B樣條變換模型的醫(yī)學(xué)圖像非剛性配準(zhǔn)方法；針對多層次B樣條的均勻形

4、變場無法很好地模擬圖像局部區(qū)域大形變的問題，提出了基于局部區(qū)域多層次B樣條變換模型的非剛性配準(zhǔn)方法。
　　(3)互信息的測度在配準(zhǔn)前不用進(jìn)行任何特征提取、檢測、分割等預(yù)處理操作，僅需計算兩幅圖像各自信息熵和聯(lián)合信息熵，確實(shí)簡單方便易行，但也正因如此忽略了圖像本身存在的任何空間信息，影響了配準(zhǔn)結(jié)果的精度與魯棒性，因此本文引進(jìn)一種把圖像本身信息置于很高地位的局部互信息概念，詳細(xì)地分析了局部互信息的原理、計算方法與步驟，并提出了基于局部