一種改進(jìn)的2D-3D醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來，醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在手術(shù)導(dǎo)航，器官組織的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，放射治療等多方面都有重要應(yīng)用，成為現(xiàn)在醫(yī)學(xué)圖像的研究熱點(diǎn)。醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是放射治療中的一項(xiàng)重要技術(shù)，利用這項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)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(dòng)，并在線調(diào)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(dá)到位置補(bǔ)償。因此，在放療中研究如何在保證速度情況下，提高配準(zhǔn)的精度就變得很有意義。
　　本課題研究的二維三維醫(yī)

2、學(xué)圖像配準(zhǔn)主要應(yīng)用在臨床放射治療系統(tǒng)中，采用 X光圖像（二維）和計(jì)劃 CT（三維）進(jìn)行配準(zhǔn)，為了較精確的計(jì)算出配準(zhǔn)參數(shù)，本課題提出一種改進(jìn)的配準(zhǔn)算法。在該方法中，將要獲得的圖像空間差異的六個(gè)配準(zhǔn)參數(shù)分解到兩個(gè)正交的平面上進(jìn)行配準(zhǔn)，然后把獲得的兩組正交方向上圖像配準(zhǔn)參數(shù)通過這兩個(gè)正交平面與空間坐標(biāo)系的幾何關(guān)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(jìn)的鮑威爾搜索來改善性能。依據(jù)配準(zhǔn)結(jié)果，實(shí)時(shí)調(diào)整兩者之間的位置，達(dá)到準(zhǔn)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(cuò)的效果，為后續(xù)治療提供依據(jù)。本課題將圖像配準(zhǔn)分成四個(gè)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(nèi)圖像

4、DRR和X-Ray圖像配準(zhǔn)的一個(gè)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(cè)度和改進(jìn)Powell算法來對(duì)初始值進(jìn)行優(yōu)化和搜索，第四步，根據(jù)兩組正交方向的配準(zhǔn)結(jié)果，利用正交平面和三維坐標(biāo)系的幾何關(guān)系，計(jì)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(dá)到圖像引導(dǎo)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(xiàn)中的模式強(qiáng)度的相似度函數(shù)