基于LBM的醫(yī)學(xué)影像非剛體配準(zhǔn)方法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)技術(shù)是將不同模態(tài)的影像、同一模態(tài)不同時(shí)刻成像的影像信息進(jìn)行幾何變換,建立兩組影像在空間位置上的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,這樣影像中所包含的解剖點(diǎn)就相互對(duì)應(yīng)起來,有利于不同影像之間有用信息的互補(bǔ),提高影像在臨床診斷和治療上的輔助作用,是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性研究課題。由于醫(yī)學(xué)影像存在復(fù)雜形變和噪聲,影像之間除了剛體配準(zhǔn),還存在非剛性配準(zhǔn)。同剛性配準(zhǔn)相比,非剛性配準(zhǔn)還不成熟,沒有很好的方法能夠在模擬復(fù)雜形變、配準(zhǔn)精度、配準(zhǔn)效率和自動(dòng)化

2、程度上達(dá)到理想要求。針對(duì)以上問題,本文主要研究工作如下:
　　 本文首先概述了醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)的概念和步驟,分析了當(dāng)前醫(yī)學(xué)影像非剛體配準(zhǔn)方法的特點(diǎn),總結(jié)了非剛體配準(zhǔn)亟待解決的問題,研究了基于粘滯流體模型的非剛體配準(zhǔn)經(jīng)典方法,深入理解了如何運(yùn)用流體力學(xué)觀點(diǎn)解決醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)問題及實(shí)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(shù)基礎(chǔ)。仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),基于粘滯流體模型的非剛體配準(zhǔn)方法在求解粘滯流體偏微分方程組時(shí),采用直接離散結(jié)合同步超松弛

3、法,具有計(jì)算復(fù)雜度高的缺點(diǎn),配準(zhǔn)耗時(shí)長,算法實(shí)用性差。
　　 本文利用流體粒子運(yùn)動(dòng)可以模擬任意自由復(fù)雜形變的特性和LBM(LatticeBoltzmanm Method)模型可以進(jìn)行大規(guī)模并行處理的特點(diǎn),將醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)問題轉(zhuǎn)化為粘滯流體力學(xué)物理問題,提出了一種基于LBM模型的非剛體醫(yī)學(xué)影像流體配準(zhǔn)新方法,配準(zhǔn)過程是把浮動(dòng)影像當(dāng)成粘滯流體,把像素點(diǎn)作為流體粒子,通過兩幅影像灰度差產(chǎn)生的外力驅(qū)動(dòng)擬合待配準(zhǔn)影像；通過LBM方程模擬像素

4、點(diǎn)在外力作用下的流動(dòng),使影像產(chǎn)生位移場、發(fā)生形變；利用改進(jìn)過的雅克比行列式判斷醫(yī)學(xué)影像拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使得影像拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在配準(zhǔn)過程中得到了更好的保形；待兩幅影像接近一致時(shí),外力消失、流體流動(dòng)停止,影像達(dá)到配準(zhǔn)。文中完整建立并推導(dǎo)了含外力項(xiàng)粘性可壓縮LBM方程并對(duì)邊界條件、初始條件和速度模值進(jìn)行了定義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與同類方法相比,本方法配準(zhǔn)效率得到了提升,非常適合大形變配準(zhǔn)場合。另外對(duì)于遭受一定噪聲污染的醫(yī)學(xué)影像,本方法仍能精確配準(zhǔn),與同類方法