一種改進的2D-3D醫(yī)學圖像配準算法的設計與實現(xiàn).pdf

1、近年來，醫(yī)學圖像配準在手術導航，器官組織的運動估計，放射治療等多方面都有重要應用，成為現(xiàn)在醫(yī)學圖像的研究熱點。醫(yī)學圖像配準是放射治療中的一項重要技術，利用這項技術可以實時檢測出人體病變靶區(qū)和放射能量束的空間位置差異，包括擺位誤差和器官移動，并在線調整治療床或者能量源的位置，最大限度的降低空間差異，使放療精度得到有效提高，達到位置補償。因此，在放療中研究如何在保證速度情況下，提高配準的精度就變得很有意義。
　　本課題研究的二維三維醫(yī)

2、學圖像配準主要應用在臨床放射治療系統(tǒng)中，采用 X光圖像（二維）和計劃 CT（三維）進行配準，為了較精確的計算出配準參數(shù)，本課題提出一種改進的配準算法。在該方法中，將要獲得的圖像空間差異的六個配準參數(shù)分解到兩個正交的平面上進行配準，然后把獲得的兩組正交方向上圖像配準參數(shù)通過這兩個正交平面與空間坐標系的幾何關系，變換成三維空間參數(shù)，本課題提出采用較為精確的互信息和改進的鮑威爾搜索來改善性能。依據(jù)配準結果，實時調整兩者之間的位置，達到準確放療

3、的目的。
　　本課題首先采用了光線追蹤法(Ray Casting)產(chǎn)生數(shù)字重建影像(Digitally Reconstructed Radiograph，DRR)，利用3D CT數(shù)據(jù)產(chǎn)生兩組2D正交方向上的DRR，取得了不錯的效果，為后續(xù)治療提供依據(jù)。本課題將圖像配準分成四個階段，第一步，利用金字塔策略，采用較快的像素均方差作為相似性度量函數(shù)，得到兩組圖像在正交平面上的參數(shù)初始值，第二步，提出采用 Brent搜索得到非平面內圖像

4、DRR和X-Ray圖像配準的一個空間變換初始值，第三步，提出采用更為精確的相似性度量函數(shù)互信息和搜索算法，即部分體積插值互信息測度和改進Powell算法來對初始值進行優(yōu)化和搜索，第四步，根據(jù)兩組正交方向的配準結果，利用正交平面和三維坐標系的幾何關系，計算出3D CT數(shù)據(jù)（人體位置）和X-Ray圖像（放療能量束）之間的差異，達到圖像引導放療的目的。
　　本課題采用的互信息法，其中插值部分采用部分體積法，與文獻中的模式強度的相似度函數(shù)