基于LBM的三維醫(yī)學(xué)影像非剛體配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)技術(shù)是將多模態(tài)或單模態(tài)醫(yī)學(xué)影像中包含相同解剖結(jié)構(gòu)信息的像素點進(jìn)行空間幾何形變，從而建立浮動影像和參考影像在空間位置信息上的對應(yīng)關(guān)系，使不同影像中包含相同解剖結(jié)構(gòu)信息的像素點相互對應(yīng)，進(jìn)而不同影像所具有的解剖結(jié)構(gòu)信息可以進(jìn)行互補(bǔ)，提高醫(yī)學(xué)影像在臨床使用中的輔助作用，是生物工程領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)性研究課題。由于醫(yī)學(xué)影像之間存在復(fù)雜的幾何差異性，影像配準(zhǔn)時除了存在剛體形變，還存在非剛體形變。同剛體配準(zhǔn)方法相比，非剛體配準(zhǔn)方法不夠完善，

2、在擬合復(fù)雜形變、提高配準(zhǔn)精度、加快配準(zhǔn)效率和提升自動化程度等方面存在著許多研究難點。針對上述問題，本文主要研究工作為：
　　首先介紹了醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)的基本概念和算法步驟，分析了目前比較成熟的醫(yī)學(xué)影像非剛體配準(zhǔn)方法的特點，歸納了非剛體配準(zhǔn)方法中尚未解決的難點問題，特別針對基于Demons模型的非剛體配準(zhǔn)方法進(jìn)行了分析和研究，深入解析了如何使用Demons模型來處理醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)問題及算法所蘊(yùn)含的實際物理意義，為本文研究工作奠定了理論基礎(chǔ)

3、。仿真結(jié)果表明，基于Demons模型的非剛體配準(zhǔn)方法因為使用交替優(yōu)化策略而具有配準(zhǔn)效率高的特點，但在迭代過程中采用固定不變的影像梯度信息，導(dǎo)致了浮動圖像的形變程度不能超過臨界值，否則會使得位移場平滑度下降，因此，算法只適合用于解決小形變配準(zhǔn)問題。
　　為了提高醫(yī)學(xué)影像非剛體配準(zhǔn)算法的性能，本文根據(jù)粘滯流體模型可以模擬復(fù)雜不規(guī)則形變的特性，充分利用了LBM(Lattice Boltzmanm Method)方法可以處理大數(shù)據(jù)量數(shù)值模

4、擬的特點，將醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為物理模型進(jìn)行處理，提出了一種基于LBM模型的三維非剛體醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)方法，配準(zhǔn)過程中將浮動影像建模為粘滯流體，使用Demons算法的控制力來驅(qū)動浮動影像形變；借助LBM模型求解像素點的運(yùn)動軌跡，從而得到后向位移場；通過添加微分同胚約束條件保證配準(zhǔn)過程中浮動圖像的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不會遭到破壞；使用優(yōu)化迭代算法尋找最優(yōu)的形變函數(shù)，當(dāng)?shù)玫降男巫兒瘮?shù)使能量方程達(dá)到最小閾值時，浮動影像和參考影像達(dá)到配準(zhǔn)。本文完整構(gòu)建并推導(dǎo)了含