肺部非剛性醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)算法的研究.pdf

1、肺器官是典型的運(yùn)動(dòng)器官，在對(duì)肺部進(jìn)行影像采集的過(guò)程中，由于采集環(huán)境和設(shè)備精確度的干擾，加之呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的肺部局部和全局的非剛性形變，使得采集到的肺部影像存在較大的差異。在對(duì)肺部疾病進(jìn)行診斷、治療和疾病跟蹤的過(guò)程中，需要校正肺部圖像中的形變以防止癌變等病情的漏診和誤診。因此實(shí)現(xiàn)肺部非剛性配準(zhǔn)已成為日前研究的重點(diǎn)。本文首先介紹了圖像配準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展歷程、研究意義和研究難點(diǎn)。針對(duì)受呼吸運(yùn)動(dòng)和器官蠕動(dòng)而導(dǎo)致的肺部非剛性形變問(wèn)題，重點(diǎn)進(jìn)行了如下兩方

2、面的研究:肺部PET-CT圖像的配準(zhǔn)問(wèn)題及肺部吸氣相和呼氣相圖像的配準(zhǔn)問(wèn)題。
　　針對(duì)肺部PET-CT圖像的配準(zhǔn)問(wèn)題，本文提出了基于KL距離和拓?fù)浔３值腗IGTPDemons多模圖像配準(zhǔn)算法。雖然Active Demons圖像配準(zhǔn)模型能夠快速精確地校正圖像的非剛性形變，但是仍存在如下兩方面的問(wèn)題。第一，Active Demons模型僅適用于單模圖像配準(zhǔn)，不適用于多模態(tài)圖像配準(zhǔn)。第二，由于錯(cuò)誤Demons力的存在，在形變過(guò)程中浮動(dòng)圖

3、像的內(nèi)部結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)撕扯、變形和折疊等現(xiàn)象。針對(duì)這兩方面的問(wèn)題，本文提出了基于互信息梯度和拓?fù)浔３值腗IGTP Demons多模圖像配準(zhǔn)算法。ActiveDemons模型能夠很好地校正圖像的非剛性形變，而基于互信息的圖像配準(zhǔn)算法具有魯棒性高、無(wú)需先驗(yàn)知識(shí)就可以實(shí)現(xiàn)圖像全自動(dòng)配準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。將基于Kullback-Leiber距離的互信息梯度加入到Active Demons形變模型中，使浮動(dòng)圖像朝著互信息增大的方向變化，保證模型適用于多模態(tài)圖

4、像配準(zhǔn)。通過(guò)分析肺部PET和CT圖像的灰度分布特點(diǎn)，向改進(jìn)的多模圖像配準(zhǔn)模型的形變偏移量中添加拓?fù)湫Ｕ惴?，保證浮動(dòng)圖像在變形的過(guò)程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。同時(shí)進(jìn)行了相關(guān)的參數(shù)仿真，提出了配準(zhǔn)參數(shù)的最佳取值。
　　相較于Demons模型，基于B樣條的圖像配準(zhǔn)算法具有較好的局部控制性和穩(wěn)定性。本文將肺分割算法和基于B樣條的局部圖像配準(zhǔn)算法相結(jié)合。針對(duì)肺部吸氣相和呼氣相圖像的非剛性變形問(wèn)題，提出了不同呼吸周期內(nèi)肺部圖像的專用配準(zhǔn)算法?；?/p>