基于模型的医学图像形变配准在图像引导放疗中的应用研究进展

为了使人们对基于模型的形变配准在图像引导放疗中的应用状况有个概略了解,在对目前有关基于模型的形变配准方法在图像引导放疗中的应用研究进行调研的基础上,根据形变配准的形变模型和特征空间的选取、相似性度量标准的选取、空间优化等3个主要步骤,以及形变配准方法验证4个方面,对有关基于模型的形变配准方法的文献进行了扼要的分类统计。统计结果表明：目前的形变配准方法在图像引导放疗中的应用研究方向正趋向于在保证形变配准方法的精度与准确度的基础上,通过多分辨率、不同尺度等级、并行计算以及不同优化算法结合等方法来缩短配准时间方面,以满足临床应用的要求。     

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。     

基于加权互信息的多模图像配准算法

基于互信息方法的医学配准容易出现局部极值现象,导致准确率下降。为此,提出一种基于加权互信息的多模图像配准算法。通过全局滤波和边缘提取进行图像预处理,突出图像特征,采用加权互信息方法实现配准。实验结果表明,该算法能够提高多模图像配准的准确率,加快匹配速度。     

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。     

线性拟合联合参数法在图像配准中的应用

提出了一种基于仿透视函数模型和相机响应参数模型共同作用下图像配准算法。首先估算角点匹配以加强匹配精度和速度;由受约束条件控制的分段线性函数近似相机的非线性响应函数,建立起全局参数模型;应用最小二乘法,得到较为精确的参数初始值;最后应用迭代算法降低配准误差。实验结果表明,该算法很好地解决了曝光差异图像配准问题,提高了迭代速度和精确度。     

加权熵互信息在医学图像配准中的应用

基于互信息的医学图像配准方法具有自动化程度高、配准精度高等优点。采用部分体积插值法和香农熵计算得到的互信息,无法避免会出现一些局部极值,可能导致错误的配准。提出了一种用加权熵代替香农熵的互信息计算方法,并将其应用于图像配准实验。实验结果表明,该方法能够有效平滑互信息的局部极值,减少错误的医学图像配准。     

加权核范数降噪算法在扩散加权图像中的应用

目的 扩散加权成像技术是一种能够检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法,其对数据的准确度要求较高且对噪声较为敏感。扩散加权图像的自相似性程度高,纹理细节较多且纹理和结构具有重复出现的特性。而获取图像的过程中受到不可避免的噪声干扰会破坏图像的数据准确度,因此对扩散加权图像进行降噪是十分必要的。方法 根据扩散加权图像的特点,提出将加权核范数降噪算法应用于扩散加权图像的降噪。加权核范数降噪算法由于能够利用图像的自相似性,通过对图像中的相似块进行处理从而实现对图像的降噪,该算法能够保存图像中大量的纹理细节信息。结果 通过模拟数据实验和真实数据实验,将加权核范数降噪算法与传统的扩散加权图像降噪算法如各向异性算法进行比较,结果表明,加权核范数降噪算法相较于其他算法得到的峰值信噪比至少高出20 dB,结构相似性值也至少高出其他算法0.20.5,再将降噪后的图像进行神经纤维跟踪处理,得到的神经纤维平均长度较其他算法至少要长0.20.8且纤维更为平滑。结论 加权核范数降噪算法不仅能够更好地减少扩散加权图像中的噪声,同时也能够最大限度地保存扩散加权图像的纹理细节,降噪效果理想,提高了数据的准确度及有效性。     

一种在扩散加权图像降噪中的算法

扩散加权图像中的噪声为莱斯噪声并且图像本身含有丰富的边界信息,因而要求对DWI图像有效降噪的同时,能够较好地保留图像的边界信息。由于BEMD算法可将图像分解为细节图像及余项图像,其所分解的细节图像包括DWI图像的边界信息以及主噪声,而余项图像则描述图像的趋势信息。因此,提出一种将二维经验模态分解算法与改进的维纳滤波器相结合的降噪算法,并将该算法应用于DWI图像的降噪中。通过实验,将所提出的算法与其他算法应用于DWI图像的降噪处理,并通过对结果的分析比较证明所提出的算法能够更有效地对DWI图像进行降噪处理。     

图像配准的复制动力学方法

为了实现高精度图像配准,把单个像素看做参与博弈的局中人,将图像配准视为图像中各个像素与其周边像素的演化博弈过程。为了寻求博弈的均衡点,根据配准问题的特点,对复制方程进行修改,提出基于修改后的复制方程的图像配准方法。新方法是完全基于问题域建立起来的,能实现对任意形变的高精度配准,并且配准精度与分辨率无关。针对刚性形变的遥感图像和非刚性形变的医学图像进行了两组实验,结果表明了新算法的有效性。     

一种简化的三阶NFFD变形算法

将基于NURBS的自由空间变形算法(NFFD)应用于工程领域的虚拟人四肢变形的过程中,为了获得变形过程中的逼真性和实时性,在原有算法的基础上,提出了一种简化的三阶NFFD变形算法.该方法从工程应用的角度出发,对控制点的设置进行了规范化,给出了参数化坐标与待变形点之间的明确关系,简化了待变形体参数化坐标的求解过程,使其可以用于虚拟人的四肢变形过程中.实验表明,这种简化算法可以提高计算效率,简化计算过程,保证虚拟人四肢变形过程中的逼真性与实时性,取得较好的变形效果.     

Anatomically-based musculoskeletal modeling: prediction and validation of muscle deformation during walking

Accurate modeling of the musculoskeletal system during motion is a challenging task that has not yet been solved. In this paper, we outline and validate a free-form deformation method called the Host Mesh Fitting (HMF) technique for predicting muscle deformation during walking of a subject-specific musculoskeletal model. 20 lower limb muscles were deformed according to the HMF solution of a surrounding host mesh that resembled the skin boundary, resulting in a realistic walking simulation of the anatomically-based model. The shape changes of five muscles were further validated by comparing the predicted deformations with magnetic resonance image data in two lower limb positions.

一种NURBS曲面拟合精度的量化评测算法

曲面重构是逆向工程中的核心技术之一,由于NURBS曲面在光顺性和局部可编辑等方面所具有的优点,使其成为点云数据自由曲面重构的常见形式。目前对NURBS曲面重构技术的研究上取得了一些成果,但各方法在拟合精度和效果上各有参差,因此有必要对NURBS曲面拟合精度评价算法进行研究。在采用NURBS实现曲面拟合的基础上,对拟合精度的量化指标进行研究,设计了一种基于区域划分的搜索迭代算法,可快速地计算得到原始点云与NURBS曲面的偏差。     

标准BP网络在降雨预报上的应用研究

本文研究了利用标准BP网络进行单站降雨预报。结果表明,神经网络在天气预报领域具有广阔的应用前景。文中探讨了神经网络的学习次数、拟事率、预报率三者之间的关系,并提出了进一步提高降雨预报准确率的几点设想。     

Human skin model capable of natural shape variation

In the production of character animation that treats living things moving at will, as in the case of humans and animals, it is important to express natural action and realistic body shape. If we can express these freely and easily, we will be able to apply character animation to many fields, such as the simulation of dances and sports, and electronic stand-ins. The computer graphics technique may be one of the most effective means to achieve such goals. We have developed human skin model capable of natural shape variation. This model has a skeleton structure, and free form surfaces cover the skeleton just like skin. The model permits continuous motion of every components of the skeleton according to actions. During such movements, the skin retains smoothness and naturalness. We are verifying the human skin model by producing several short animation pieces.     

Motion Analysis with the Radon Transform on Log-Polar Images

Image projections provide an effective way of describing image contents or estimate particular kinds of motion. However, most (if not all) of previous literature on projections has been done on Cartesian images. In contrast, the work described in this paper is aimed at exploring how projections can be defined on log-polar images and how they perform in estimating motion. In the proposed algorithm, a set of projection signals is computed in two consecutive frames. Then, 1D affine motion between each pair of corresponding projection signals is estimated. Finally, 2D image affine motion is derived from the set of estimated 1D motion parameters, using a 2D-1D motion mapping model (MMM). A reduced, 5-parameter, affine motion model can be estimated with this MMM. The algorithm is implemented in both, log-polar and Cartesian images. Synthetic motion is used for a careful analysis of the strengths and weaknesses of the algorithm. The comparison of the results with log-polar and Cartesian images reveal that the limitations of the approach are due to the MMM, rather than to the inherent difficulties and distortions introduced by the space-variant nature of log-polar images. Another significant finding is that Cartesian images require much more pixels than log-polar images to get comparable estimation performance.

鱼雷6自由度空间运动的矢量化模型与仿真

鱼雷是一个复杂的强耦合、非线性对象。以往的鱼雷运动方程由12个微分方程和3个几何方程组成,不便于在仿真中应用。该文根据动量定理和动量矩定理及运动学方程建立了鱼雷的矢量化6自由度空间运动模型,为仿真计算提供了方便。在此基础上利用MATLAB仿真软件建立了计算机仿真模型,其特点是按鱼雷运动方程的不同部分分别设计独立的模块,可读性高并易于修改。将该仿真模型与控制系统模型组成闭环仿真系统,结果表明该鱼雷仿真模型准确、高效,能够为鱼雷控制系统的设计、分析提供了良好的仿真条件。     

京剧脸谱表情建模与编辑

为了对京剧脸谱表情进行有效建模和编辑,提出了一个京剧脸谱表情分层驱动的矢量化建模与编辑方法,并首先分析了传统京剧脸谱的绘制过程、局部纹样形状特征以及纹样的分类;然后基于分层原理构造出了一个矢量化的脸谱纹样库。在进行京剧脸谱建模时,首先根据脸部运动编码系统（FACS）标准将脸谱表情分解成40个动作单元;然后在合成脸谱过程中用户只需按照脸谱绘制顺序和创作需要逐层选取所需的纹样即可得到一个京剧脸谱图案。对于每个表情动作单元,可利用自由形态变形（FFD）技术来驱动脸谱来生成不同的脸谱表情,另外,用户还可以通过系统提供的编辑工具对脸谱表情进行进一步的调控。