非刚性医学图像配准研究综述

非刚性配准技术是医学图像配准中的一个重要研究课题,是非刚性组织配准,不同个体之间的配准以及个体同图谱配准的基础。该文提出了多项式法、样条函数法等基于空间变换的配准方法,以及弹性模型、粘性流体模型和光流场模型等基于物理模型的配准方法两大类方法。同刚性配准相比,非刚性配准技术还不成熟,计算效率和稳定性还需要进一步提高,仍是一个非常活跃的研究领域。     

模拟鼻整形术中三维图像配准的研究

随着医疗水平的提高,人们对整容手术的要求越来越高。术前准确有效的医患沟通成为手术成败的关键。一套模拟术后患者脸部图像的系统将显著提高医患沟通效率和准确性。通过三维图像配准,医生可以就患者术前术后鼻部变化进行对比,也可以就预期结果与实际结果进行对比。对刚性和弹性医学图像配准在模拟鼻整形术中的适用性进行了研究,对配准算法的准确度以及效率进行了讨论,着重讨论了不同算法变换参数的搜索策略。同时,讨论了自动控制点的设置。     

基于空间加权互信息的非刚性医学图像配准

互信息作为相似性测度标准在医学图像配准领域应用广泛,尤其是在刚性配准研究中,能实现较高配准精度和非常稳健的配准效果。然而由于非线性形变的复杂性,在非刚性配准领域,对基于互信息的配准方法进行深入研究势在必行。提出的方案采用基于B样条的自由变换模型模拟医学图像中解剖结构的非线性形变,同时根据变换模型,考虑空间信息对配准效果的影响,以空间加权的方式对互信息方法进行改进。使用对大规模参数优化效果较好的LBFGS方法对配准参数进行优化,编程实现程序,并通过实验对效果进行验证和分析。实验结果显示,该方案配准精度明显优于传统的互信息方法。     

基于多薄板样条的多视角非刚性配准算法EI北大核心CSCD

为解决多视角配准中带有低频非刚性形变的深度数据容易产生累积误差、重叠区域未对齐等问题,提出一种基于多薄板样条的多视角非刚性配准算法.首先通过局部迭代最近点刚性配准算法得到重叠视角深度数据之间的对应点;然后基于多薄板样条的全局优化能量公式为每个视角求解一个薄板样条变换,使所有对应点之间距离的平方和最小;最后将优化后的薄板样条变换应用于每个视角的深度数据.通过在优化模型中引入初始点位置约束,该算法能使配准后的数据尽可能保持初始形状.为了加快求解速度,迭代地求解每个薄板样条变换,并且在优化过程中增量式地引入径向基函数.实验室结果表明,文中算法有较高的精度和效率,能够有效地减少累积误差并且提升重叠区域的对齐效果.     

非刚性医学图像配准与融合

非刚性医学图像的突出特点是不同图像间可能存在着较大的形态差异,因此非刚性医学图像的配准与融合是一项极富挑战性的研究工作.本文重点对现有的非刚性医学图像配准与融合的方法进行了归纳、总结和整理,并根据作者自己的研究体会,对这一领域内的发展方向做出了展望.     

基于薄板样条的非刚体医学图像配准

非刚体图象配准是非线性的图像配准方法,它能够实现图像之间的配准,为提高医学图像配准精度,对于形变较大的多模图像的配准等都有着重要的作用.提出了一种基于薄板样条的3D/2D非刚体医学图象配准算法,算法首先提出一个混合能量公式,在配准的过程中,用薄板样条法实现全局配准,并通过仿真退火算法进行迭代,以缩小并确定变形的待配准区域.在局部的待配准区域,采用互信息的方法进行配准.解决了因特征点不足引起的不完整匹配问题,使得图像连续平滑,以得到较优的配准效果.     

利用局部区域约束的医学图像弹性配准

根据人体不同器官具有不同的弹性这一特点构造了一种基于局部区域约束的图像配准算法。首先抽取骨骼边缘上的点作为标志点,利用软对应匹配算法计算出每一个骨骼与其对应骨骼的刚性变换;然后通过薄板样条插值得出整幅图像的变形场;由于同一器官的位移大小相近,将这一区域的均值作为区域内每一点的位移量;将更新后的初始位移场代入到基于B样条的自由形变模型中,得到新的位移场;以Bhattacharyya距离为目标函数,一直迭代下去直到目标函数值达到最优。通过对临床数据的实验表明该方法能够满足临床医生的要求。     

胸部多模医学图像快速配准

为了实现胸部多模态医学图像的自动配准,提出了一种基于层次B样条自适应自由变形的快速配准方法。首先采用C-V水平集方法实现感兴趣区域的提取,并基于并行计算实现自动配对特征点;接着,采用矩主轴法对多模医学图像进行全局粗配准;最后,基于层次B样条自适应自由变形法对多模态医学图像进行自动细配准,并且采用梯度下降法以及最大信息熵准则加速求自由变形系数。实验证明该方法不仅效率高,而且配准效果好。     

基于B样条插值函数的人脑MR图像非刚体配准方法

提出了一种B样条插值函数结合图像特征标记的人脑MR图像非刚体配准方法。图像的特征标记选取图像的内外部轮廓来描述,目标和源特征之间的对应关系通过距离图来自动获得。形变过程采用B样条曲面函数插值来完成。通过多级B样条插值方法,即先全局计算后局部细化的方法来逐步优化形变结果。实验表明,该算法在不失准确度的前提下,具备较快的计算速度。     

图像非刚性配准技术及并行策略研究

图像非刚性配准是近几年配准方法的一个研究热点,由于其计算复杂度很高,它的并行化问题成为近几年来的研究热点。本文首先给出了图像非刚性配准的数学模型,并给出了形式化定义;其次分类总结了近年来图像非刚性配准串行算法研究的新进展,从而在此基础上重点讨论了相应的并行化策略。本文还详细分析了设计并行图像非刚性配准算算法需要考虑的几个问题;并比较评价了现有并行算法的性能特点,得出了一些结论;最后提出了有待进一步研究的问题。     

脊柱手术导航中分步式2D/3D图像配准方法

为实现微创脊柱手术导航,提出一种将脊柱术前CT与其术中X射线图像配准的方法.首先基于一种最近点迭代法进行快速粗配准;然后提取图像的梯度特征,根据投影变换原理,采用寻找具有CT最大梯度投影位置的方法进行精配准.在模拟数据及临床标本上进行实验的配准率分别为92%和78%. 实验结果表明:该方法鲁棒性强、人工干预少、适合于临床应用.     

基于粘滞流体B样条模型的快速非刚体配准方法

基于粘滞流体模型的非刚体配准算法是一种适合个体差异较大配准场合的方法。其关键步骤为求解偏微分运动方程组,但原始算法中采用直接离散结合同步超松弛(SOR)的方法相当耗时。为了缩短求解时间,提出一种基于粘滞流体B样条模型的快速方法。首先利用B样条对速度场进行建模,将方程组未知量转为B样条系数,减小计算负担;接着利用B样条的一些重要性质,推导出基于快速傅里叶变换(FFT)的B样条系数求解方法,进一步加快求解速度。实验结果表明,新算法在保持原始算法相同配准精度的同时,具有很快的计算速度。     

基于拉普拉斯谱的医学图像配准算法

提出一种基于拉普拉斯谱的医学图像配准算法,通过将谱图理论应用到医学图像配准中并引入特征向量,以达到提高配准精确度和计算效率的目的.该算法根据医学图像的解剖特征来构造拉普拉斯矩阵,通过分析拉普拉斯矩阵的谱得到匹配关系;采用射影变换模型,计算射影矩阵;通过坐标变换和图像插值方法实现图像配准.实验结果表明,该算法与经典的最大...     

大形变微分同胚图像配准快速算法

本文提出一种研究大形变图像配准算法. 大形变使得图像信息和拓扑结构有较大的改变, 目前该方面的研究仍然是一个难点. 基于严密数学理论的微分同胚Demons算法是图像配准的著名算法, 为解决大形变配准问题提供了重要基础. 基于对微分同胚Demons算法的研究结合流形学习的思想提出一种大形变图像配准的新算法(MRL算法). 新算法通过挖掘图像的局部和全局流形信息改进微分同胚Demons 速度场的更新, 更好地保持图像的拓扑结构. 对比实验结果表明, 本文所提出的算法能够快速高精度地实现大形变图像的配准.     

基于ICP算法的医学图像几何配准技术

几何配准是医学图像领域研究的重要内容，医学图像几何配准的目标就是建立术前和术中两组点的变换关系。该文利用股骨为模型，讨论了基于轮廓特征的ICP医学图像几何配准算法，从技术上实现了术前建模和术中取点，并编制相应的ICP算法程序。     

自适应变异差分算法与Powell算法相结合的医学图像配准

图像配准是医学图像处理中的关键技术。文中提出一种自适应差分算法(Difference Algorithm,DE)和Powell算法相结合的多分辨率医学图像配准方法,其不仅可以克服Powell算法依赖初始点的缺点,还可以降低陷入局部极值的几率。首先,对源图像进行多分辨处理,获得包括源图像在内的三层图像;然后,在低分辨率图像上使用自适应DE算法进行全局变换参数的搜索,获得的变换参数作为Powell算法的初始点;最后,在高分辨率图像及源图像上使用Powell算法进行配准。与传统实验相比,该方法具有更高的精确度,能够有效避免局部收敛问题。     

一种混杂的图像配准方法

提出一种基于特征和亮度的混杂图像配准方法．首先对源图像进行小波分解,在小波金字塔最顶层的低频近似子图像上进行角点检测,通过仿射变换模型得到初始配准参数,然后将这一参数逐层进行迭代精炼,直至达到金字塔最底层,得到最终精确的配准参数．将这些不同配准方法结合起来,可以克服单独使用任一方法存在的不足,理论分析和实验结果表明,这种混杂图像配准算法精度较高．     

遗传算法和最大互信息医学图像配准算法的研究

针对人脑的二维图像设计了一种遗传算法和最大互信息相结合的医学图像配准算法,采用互信息配准模型,以图像的灰度统计信息为配准依据,用改进的遗传算法搜索图像间的最优变换参数,并用最大互信息作为目标函数指导最优变换参数的搜索。通过实验验证了算法的可行性和稳定性。