基于LBM的醫(yī)學影像非剛體配準方法研究.pdf

1、醫(yī)學影像配準技術是將不同模態(tài)的影像、同一模態(tài)不同時刻成像的影像信息進行幾何變換,建立兩組影像在空間位置上的一一對應關系,這樣影像中所包含的解剖點就相互對應起來,有利于不同影像之間有用信息的互補,提高影像在臨床診斷和治療上的輔助作用,是生物醫(yī)學工程領域的重要基礎性研究課題。由于醫(yī)學影像存在復雜形變和噪聲,影像之間除了剛體配準,還存在非剛性配準。同剛性配準相比,非剛性配準還不成熟,沒有很好的方法能夠在模擬復雜形變、配準精度、配準效率和自動化

2、程度上達到理想要求。針對以上問題,本文主要研究工作如下:
　　 本文首先概述了醫(yī)學影像配準的概念和步驟,分析了當前醫(yī)學影像非剛體配準方法的特點,總結了非剛體配準亟待解決的問題,研究了基于粘滯流體模型的非剛體配準經(jīng)典方法,深入理解了如何運用流體力學觀點解決醫(yī)學影像配準問題及實際的物理意義,該研究奠定了全文創(chuàng)新性研究工作的技術基礎。仿真實驗發(fā)現(xiàn),基于粘滯流體模型的非剛體配準方法在求解粘滯流體偏微分方程組時,采用直接離散結合同步超松弛

3、法,具有計算復雜度高的缺點,配準耗時長,算法實用性差。
　　 本文利用流體粒子運動可以模擬任意自由復雜形變的特性和LBM(LatticeBoltzmanm Method)模型可以進行大規(guī)模并行處理的特點,將醫(yī)學影像配準問題轉化為粘滯流體力學物理問題,提出了一種基于LBM模型的非剛體醫(yī)學影像流體配準新方法,配準過程是把浮動影像當成粘滯流體,把像素點作為流體粒子,通過兩幅影像灰度差產(chǎn)生的外力驅動擬合待配準影像；通過LBM方程模擬像素

4、點在外力作用下的流動,使影像產(chǎn)生位移場、發(fā)生形變；利用改進過的雅克比行列式判斷醫(yī)學影像拓撲結構,使得影像拓撲結構在配準過程中得到了更好的保形；待兩幅影像接近一致時,外力消失、流體流動停止,影像達到配準。文中完整建立并推導了含外力項粘性可壓縮LBM方程并對邊界條件、初始條件和速度模值進行了定義。實驗結果表明,與同類方法相比,本方法配準效率得到了提升,非常適合大形變配準場合。另外對于遭受一定噪聲污染的醫(yī)學影像,本方法仍能精確配準,與同類方法