基于灰度信息的有剛體約束的非剛體配準(zhǔn).pdf

1、伴隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，高科技醫(yī)療影像設(shè)備的不斷涌現(xiàn)為醫(yī)療現(xiàn)代化提供了越來(lái)越多的幫助。在X射線(xiàn)斷層掃描(CT)，核磁共振(MR)等人體解剖結(jié)構(gòu)成像技術(shù)日趨完善的同時(shí)，功能性核磁共振(fMRI)、正電子放射斷層掃描(PET，PositronEmission T0mography)以及單光子放射斷層掃描(SPECT，Single Photon EmissionCT)等功能性、代謝性成像技術(shù)正逐漸地被人類(lèi)廣泛地采用。它們?yōu)榕R床醫(yī)療診斷，計(jì)算

2、機(jī)輔助手術(shù)與治療等工作提供了高質(zhì)量的解剖和功能信息支持，大大提高了人類(lèi)對(duì)自身的認(rèn)知并從而提高了全民醫(yī)療健康水平。然而，在醫(yī)學(xué)圖像中廣泛使用的非剛體配準(zhǔn)，通常把所有的組織都當(dāng)作非剛體對(duì)象來(lái)處理，而不考慮不同類(lèi)型組織的剛體性。如果像骨頭之類(lèi)的剛體組織出現(xiàn)在配準(zhǔn)過(guò)程中，這些算法將不能保留這些剛體對(duì)象的剛體性。 保留對(duì)象的剛體性，不僅對(duì)于是剛體的組織是有用的，它在其它案例中也是非常有用的。如果我們配準(zhǔn)的兩個(gè)幅圖像中有些組織結(jié)果發(fā)生了大小

3、的變化，那么保留這些諸如在不同的時(shí)間序列圖像中的腫瘤生長(zhǎng)的圖像之間的差異是有用的。傳統(tǒng)的非剛體配準(zhǔn)是將兩幅圖像配準(zhǔn)到同樣大小，沒(méi)有差別。那么諸如腫瘤變化之類(lèi)的信息就會(huì)被隱藏，但是保留腫瘤對(duì)象的剛體性就能阻止這些信息的丟失。 本文中，我們提出了一個(gè)新的在執(zhí)行配準(zhǔn)過(guò)程中保持所需對(duì)象剛體性的方法。這個(gè)方法是通過(guò)灰度信息來(lái)確定剛體區(qū)域與非剛體區(qū)域中間部分的剛體變換和非剛體變換，修改基于B樣條的自由模式運(yùn)動(dòng)來(lái)得到一個(gè)剛體約束的。在那之后，

4、這個(gè)方法被應(yīng)用到頸椎配準(zhǔn)中。我們使用頸椎的特性，同時(shí)將這個(gè)方法應(yīng)用到頸椎配準(zhǔn)過(guò)程中。本文的主要工作包括下面幾個(gè)方面： 1．首先討論和比較了各種有剛體約束的非剛體配準(zhǔn)方法。有剛體約束的非剛體配準(zhǔn)方法被分為兩類(lèi)：通過(guò)修改相似度測(cè)量的方法和通過(guò)修改變換的方法。 2．經(jīng)過(guò)前面的方法討論，我們提出了新的有剛體約束的非剛體配準(zhǔn)方法。B樣條的控制點(diǎn)能夠分為剛體部分控制點(diǎn)和自由運(yùn)動(dòng)部分控制點(diǎn)。所有的剛體對(duì)象控制點(diǎn)是在一起變換的，這些控制

5、點(diǎn)的位移是通過(guò)這些控制點(diǎn)的剛體變換的位移的前后差異得到的。因?yàn)?，如果?duì)剛體部分的控制點(diǎn)簡(jiǎn)單向外擴(kuò)展兩個(gè)，會(huì)擴(kuò)大剛體運(yùn)動(dòng)部分的面積，這里我們?cè)谶@個(gè)方法中也使用了非均勻樣條來(lái)減少擴(kuò)大的剛體面積。 3．頸椎的特性和剛體約束的非剛體配準(zhǔn)算法被用來(lái)處理多級(jí)的頸椎配準(zhǔn)。首先我們從預(yù)分割的頸椎骨頭中，提取出頸椎的中心點(diǎn)，然后利用灰度信息來(lái)給骨頭周?chē)姆莿傮w組織變換確定剛體變換和非剛體變換的比率。然后，分別對(duì)各個(gè)骨頭塊分別進(jìn)行配準(zhǔn)，然后用這個(gè)結(jié)