腹部醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的研究.pdf

1、\隨著人民生活水平的不斷提高，生活習(xí)慣也在不斷發(fā)生改變。與此同時(shí)，一些疾病的發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，尤其是一些肝部疾病。多時(shí)期增強(qiáng)肝部CT掃描是當(dāng)前肝部疾病診斷中的一種實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)，其利用了在動(dòng)脈和門(mén)脈時(shí)期輸送到肝部的增強(qiáng)劑的時(shí)間差異。在增強(qiáng)的兩個(gè)或三個(gè)時(shí)期的CT掃描的過(guò)程中，根據(jù)對(duì)比劑到達(dá)肝部動(dòng)脈、門(mén)脈和靜脈的時(shí)間差異，在不同的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行兩次或者三次圖像獲取。雖然多時(shí)期圖像已經(jīng)顯著地改善了醫(yī)療診斷的過(guò)程，但由于病人在圖像獲取期間會(huì)有呼吸運(yùn)動(dòng)，因

2、此肝部的位置和形狀難以被準(zhǔn)確的重現(xiàn)，這會(huì)增大多時(shí)期圖像配準(zhǔn)的難度，從而使其成為了一個(gè)臨床研究的熱點(diǎn)。
　　 本文從二維腹部多階段增強(qiáng)CT圖像的配準(zhǔn)出發(fā)，研究了基于B樣條自由形變變換的圖像配準(zhǔn)方法。自由形變變換(FFD,Free-Form DeformaTiO2)是一種對(duì)固體進(jìn)行幾何建模的方法，其核心思想是：形變操作不直接作用于物體，而是作用于物體所嵌入的變形空間；如果形變空間被改變了，則嵌入其中的物體自然隨之改變。當(dāng)時(shí)用在圖像變

3、換的時(shí)候，F(xiàn)FD引入一個(gè)覆蓋在二維圖像上的控制點(diǎn)網(wǎng)格，當(dāng)調(diào)整控制點(diǎn)的位置時(shí)，物體形狀也會(huì)發(fā)生變化，網(wǎng)格之外的點(diǎn)使用B樣條插值得到。除此之外，本文還詳細(xì)研究了適用于高維最優(yōu)化搜索的擬牛頓方法，其中主要研究的是L-BFGS方法。L-BFGS方法通過(guò)迭代更新來(lái)估計(jì)擬海森矩陣，以提高搜索速度。
　　 為了提高配準(zhǔn)的精度，本文通過(guò)研究和分析傳統(tǒng)的兩階段配準(zhǔn)過(guò)程，提出了交替迭代的配準(zhǔn)過(guò)程，通過(guò)多階段配準(zhǔn)來(lái)將全局配準(zhǔn)和自由形變變換配準(zhǔn)更好的相

4、互影響，在基于自由形變的配準(zhǔn)后修正全局配準(zhǔn)的參數(shù)，之后再繼續(xù)進(jìn)行自由形變配準(zhǔn)。與此同時(shí)，本文使用了坐標(biāo)映射矩陣來(lái)保留變換前后坐標(biāo)的映射關(guān)系，避免保留大量的變換參數(shù)。這種方法既節(jié)省了空間，又極大的降低了由于反復(fù)插值導(dǎo)致的精度損失。
　　 在理論研究的基礎(chǔ)上，本文在MATLAB下實(shí)現(xiàn)了腹部醫(yī)學(xué)圖像自動(dòng)配準(zhǔn)的算法，并對(duì)本文的配準(zhǔn)方法進(jìn)行了較為詳細(xì)和可靠的評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表明，本文提出的交替迭代配準(zhǔn)過(guò)程能夠完成腹部醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)，而且明顯的