卢燕宁[1]2001年在《医学影像数据的叁维重建与医学图像配准技术的研究》文中研究说明医学影像数据可视化技术是科学计算可视化在医学领域的重要应用。它的出现给医学领域带来了重大的变革。通过计算机可视化过程，可将原始获得医学影像数据(如CT、MRI数据等)进行重构，以直观、生动、形象地方式展现在人们面前，为病灶的准确确诊、制定行之有效的手术计划提供了丰富准确的资料。因此，对医学影像数据进行重建是非常有意义的。本文主要对以下内容作了详尽的阐述：1. 对医学影像数据可视化过程包括原始断层图像的预处理过程、叁维重建过程、浓淡显示及医学图像伪彩色增强技术进行了系统深入的讨论。2. 对叁维重建中构造等值面的经典算法Marching Cube算法进行了改进：一、对处于等值面上的样本点的状态依赖于它所连接的边与等值面的相交数目，从而减少了冗余多边形的生成；二、通过跟踪体素相关点来构造等值面，有效地避免了Marching Cube算法中二义面的生成。使得标准Marching Cube算法的效率得到了有效的提高。3. 对当前医学界比较热点的研究领域即医学图像配准技术，尤其是多模态医学图像的配准技术进行了初步地探讨和研究。4. 在上述技术基础上，以叁维重建的医学图像（人脑图像）作为素材，并对素材进行了合理的组织，利用VC++作为开发工具，设计开发了一个关于人脑功能的脑解剖教学系统，该系统以VC作为开发平台，具有很好的系统扩充性。
易志武[2]2018年在《多模态医学影像的融合与重建技术的研究》文中研究说明医学中不同传感器,不同成像技术或检查方法各有其优势与不足,提供的信息也存在很大的差别。通常情况下,对于医生诊断而言,想要从图像中获取更多的图像信息,靠单一的成像技术是不能够满足诊断需求的,许多情况下只有医学图像提供全面而丰富的信息才能对患者的病情作出诊断结论。目前医学影像的一个明显的发展趋势就是通过图像配准与融合技术对不同模态下的多张图像进行相关处理,得到相比于单一模态下的图像包含更多信息的单张图像,使其包含内部组织更多元的信息。本文就是基于目前使用比较广泛的CT和MRI断层图像序列进行序列图像配准和融合,得到一个从多源图像中获取更多信息的图像序列。然后在此基础之上对融合后的图像序列进行叁维重建处理,以便更加直观的观察人体组织和器官,以及其叁维结构。本文主要针对多模态医学影像的配准、融合和叁维重建叁个方面的研究内容进行研究,最后设计并集成一个多模态医学影像研究平台。具体内容如下:1、医学图像的预处理及配准前对CT和MRI图像进行的相关处理工作;2、研究二维图像基于特征和基于互信息的配准算法,并对两种算法做了效果对比,本文基于互信息配准算法提出了基于轮廓金字塔的归一化互信息配准算法改进,得到图像确定层之间的配准结果。由于本文的研究重点是序列图像的配准问题,需要找到CT与MRI两个序列层与层的匹配关系,所以研究了叁维序列图像匹配配准算法,解决了层与层之间的匹配以及序列图像粗配准问题,再使用基于轮廓金字塔的归一化互信息配准算法对叁维配准的结果各层进一步配准优化,从而提出了基于3D到2D图像配准算法。3、在配准结果的基础上研究了图像融合算法,其中主要是多种基于多尺度分析的图像融合算法,并对实验结果进行了对比,确定了基于非下采样轮廓波变换(Non-subsam-pled Contourlet Transform,NSCT)的图像融合算法对配准之后的序列图像依次进行融合处理。最后,根据本文研究的脑部图像的特征对NSCT算法进行了改进,提出了基于NSCT的脑部影像主成分融合算法;4、对融合的数据进行叁维重建处理,包括面绘制、体绘制,重点研究了基于GPU加速的光线投射算法的体绘制叁维重建技术,得到最后的重建结果;5、将以上的研究结果集成为多模态医学影像融合与重建平台,同时对平台的多个模块实现进行简单的说明,最后完成系统测试。
罗博博[3]2014年在《骨科手术导航中2D-3D医学图像配准的应用研究》文中指出在外科临床手术中,骨科手术是一类风险较大的常见手术。传统地,临床医生在手术中主要凭借以往临床经验或依赖患者术前MRI、CT影像或二维X线透视片评估病人的解剖信息。此时,医生需要通过该影像于大脑中构建具有叁维形态的人体器官和手术过程,尽管这种方式能对临床手术起到一定的辅助作用,但手术的成功率很大程度上依赖于外科医生的临床经验,整个手术操作过程缺乏客观科学的影像依据。如果采用临床X线图像进行术中实时引导,临床医生和患者都须接受较大剂量的辐射,他们的身体将被严重伤害。因此,骨外科手术导航技术应运而生,它是临床医学影像技术、电子和计算机技术共同发展的结果。手术过程中,它以MRI、CT等影像数据为基础,将病人术前医学影像数据和手术床上病人的解剖结构准确对应,定位追踪器将手术器械的相对位置在病人解剖影像上以虚拟探针的形式实时更新显示,使骨外科医生实时掌控手术器械相对病人解剖结构的精确位置,从而实现骨科手术的引导。骨科手术导航在临床应用中可以提高手术的精确度和成功率,同时也减少了患者的创伤,即成为目前计算机集成外科辅助治疗领域的研究热点。骨科手术导航技术中,医学图像配准为其中重要的一环。医学图像配准是指将来自不同形式或不同时间的探测器的医学图像(如MRI, CT, X线图像等),利用计算机技术实现对于一幅医学图像寻求一种或者一系列的空间变换,使它与另一幅医学图像上的对应点达到空间上的一致,主要包括4个要素：几何变换、插值算法、相似性测度和寻优算法。医学图像配准方法有很多种,按照图像的维数,可以分为2D-2D、3D-3D、2D-3D;按照配准过程中的相似性测度,分为基于特征的和基于灰度的配准方法。基于特征的和基于灰度的图像配准的主要区别在于是否包含分割步骤,基于特征的方法包括图像的分割过程,用于提取图像的目标信息,这些信息可以是人造的(例如,植入的放射性不透明物),也可以是图像组织本身的(例如,骨组织),然后对图像的显着特征进行配准。基于灰度的配准方法无需进行图像分割,直接采用图像的统计信息作为配准的相似性度量即可。医学图像配准的实质就是对变换参数进行不断优化的过程,而被优化的目标函数为配准的相似性测度。相似性测度是评估浮动图像和参考图像是否完全配准以及能否满足配准目标的重要依据。并且,相似性测度值能够反映图像的配准效果,相似性测度方法的选择能对图像配准起到重要作用,它将决定如何确定配准变换。迄今为止,图像配准的相似性测量主要包括互信息(Mutual Information)、差值图像的嫡(Entropy of the Difference Image)、归一化互相关(Normalized Cross Correlation)、梯度相关(Gradient Correlation)等。为实现2D-3D医学图像配准,本文采用B.SrinivasaReddy和B.N.Chatterji提出的基于Fourier-Meilin变换和相位相关相似性测度的医学图像配准方法对获取的DRRs和临床X线图像进行配准。它将时域上的医学图像灰度经过傅里叶变换到频域上再求频谱相位相关性---互功率谱特性,然后对目标互功率谱进行反傅里叶变换找到相应的峰值位置,从而确定配准参数。它具有运算量小、抗干扰能力强、配准精度高和鲁棒性强等优点。2D-3D医学图像配准在骨外科手术导航等临床应用中起着重要作用,一直以来备受研究者的重视。它也是计算机辅助外科手术和图像引导手术中的重要步骤之一。它将术前的3D体数据与术中的2D图像数据进行配准,通过追踪器的定位追踪,临床医生将得到一个实时的手术器械相对患者病灶的叁维空间位置关系,弥补了因采用只具备二维平面信息的X线图像进行术中引导而缺失的叁维医学影像信息,临床医生方可精确、安全地进行手术。目前,2D-3D医学图像配准主要集中在刚性配准方面,还存在很多不足,例如,配准精度不够,配准时间比较长,很难满足临床应用中的精确性和实时性等要求。数字重建影像(DRR, Digitally Reconstructed Radiograph)在2D-3D医学图像配准中有着重要的作用,也是骨科手术导航中的关键技术。数字重建影像是对CT图像进行模拟投影方式产生的虚拟X线图像,广泛应用于计算机辅助外科手术、图像引导介入治疗和图像引导放射治疗等领域。特别地,在骨科临床,骨折手术治疗涉及的解剖结构相对复杂,常规手术风险较大,应用导航技术可提高手术的安全性和准确性。生成DRRs的方法有很多,例如,光线投影(Raycasting)、摇晃抛雪球(Wobbled splatting)、衰减场(Attenuation fields)等算法。DRRs的生成是一个耗时相当长的过程,对于N×NxN的图像数据,传统的算法,如光线投影(Ray casting)、抛雪球(Splatting)等算法的计算复杂度为O(N3),成为2D-3D医学图像配准的重要瓶颈。而在临床骨科实时图像引导手术中,基于灰度的2D-3D医学图像配准给临床医生提供一个到人体内部虚拟的、非侵入式的的窗口,使医生能够看到一个肉眼无法直接看到的解剖与手术器械的叁维空间相对位置关系,使得手术精确、顺利进行。为了快速、准确获取病灶和手术器械的叁维空间相对位置关系,常要生成数百张DRRs,并做到实时配准。因此快速DRRs生成方法的研究成为骨科手术导航系统中亟待解决的关键问题。降采样是对过采样或正常采样的数据进行二次抽取或降低频率二次采样数据的过程,这样可以减少计算量,节约计算时间,是实时处理领域的一种常用的方法。在体绘制中,它主要包括增大采样步长⊿t、增大起始点tin或减小终点tout、根据特征抽取特定信息和减少穿透CT体元的模拟X线的数量等方式。计算机统一设备架构(CUDA, Compute Unified Device Architecture)是一种将GPU作为数据并行计算设备的软硬件体系,可以对数据进行高度的并行计算,在处理图形数据和复杂算法方面拥有比CPU更高的效率。它的出现改变了GPU的编程和存储模式,使得GPU通用计算从高级绘制语言和硬件流水线中解放出来,开发人员无须掌握图形学编程的方法就可以完成高性能的并行计算。在这一架构中,它提供了类似C语言的开发环境,使得开发人员使用C语言和CUDA扩展库编写程序,从而直接利用GPU资源进行计算,降低了开发的复杂度,同时也能提高了开发效率,备受编程人员的青睐。本文研究的核心为探讨如何利用多种加速技术来提高数字重建影像的生成速度,从而解决2D-3D医学图像配准的速度瓶颈,满足骨科临床手术导航应用的实时性要求。围绕着研究定位,本文的工作内容和主要贡献如下：首先,研究了医学图像配准以及CUDA并行计算架构。简单分析了医学图像配准方法的分类、医学图像配准的要素、医学图像配准的测度及其在临床医学领域的应用,同时也重点研究了CUDA的编程模型、执行模型、存储体系及其在数字重建影像技术中的应用。其次,研究分析了2D-3D医学图像配准、数字重建影像技术及其在骨科手术导航中的应用。本文研究的2D-3D医学图像配准为先将叁维CT医学影像数据投射成数字重建影像(DRR),然后再将二维的DRR和二维临床X线图像进行基于灰度方法的医学图像配准。主要针对临床骨科手术导航中存在的实时性问题,重点讨论了数字重建影像生成的算法,结合多种加速技术,基于光线投影算法的DRRs生成原理,采用统一并行计算架构CUDA加速,再引入大步长与只采样骨性结构相结合的降采样,快速生成只含骨性结构的DRRs。同时也采用了B.SrinivasaReddy和B.N. Chatterji提出的基于Fourier-Meilin变换和相位相关相似性测度的医学图像配准方法将通过改进算法得到的DRRs和临床X线图像进行医学图像配准,实现了2D-3D医学图像配准,并给出了相应的实验结果。结果显示,改进的算法能快速生成只含骨性结构的DRRs,也能使得获取的DRRs和临床X线精确配准,从而实现快速、精确的2D-3D医学图像配准,满足了骨科临床手术导航应用中的实时性要求。最后,我们对本文工作进行了分析与总结,并对未来的工作进行了展望。
贺桀[4]2010年在《针刀可视化关键技术的研究以及系统实现》文中研究表明针刀医学是一种治疗软组织损伤性病变和骨关节病变的医学方法,将部分西医开放性手术变为闭合性手术,避免了开放性手术的痛苦和后遗症,提高了疗效。由于是闭合性的外科手术,绝大多数针刀治疗操作仍然在盲视下进行。有经验的外科医生,即便对解剖学熟练掌握以后,在盲视下操作也很能保证疗效和安全性,可能损伤到神经、血管、肌腱等重要组织器官,造成不必要的损伤。因此针刀治疗的可视化已成为针刀医学发展的必然趋势。针刀医学虽已经历了叁十多年的发展,但是对针刀可视化的研究却刚刚起步,现在针刀可视化技术仅仅借助于计算机断层扫描、核磁共振成像或者超声等医学影像设备拍摄得到的人体内部组织器官的二维数字断层图像序列,然后医师通过观察二维的医学图像,来发现和诊断病情,这依赖于医生的读片经验做出的定性分析。国内目前还没有一套用于针刀手术的可视化软件系统,本文结合当前先进的医学影像设备和技术,将计算机图形学和图像处理技术应用到针刀医学中,为针刀手术提供一套强大的软件分析、处理系统,实现针刀手术过程中的病灶分析、手术规划、手术导航和虚拟手术。这一研究成果必将极大地提高针刀的应用范围和安全性,为闭合性的针刀治疗提供可视化,既提高针刀治疗的效果,又克服了盲视操作的局限性。本文对可视化针刀的关键技术:医学图像预处理、医学图像叁维重建可视化以及医学图像配准算法进行研究,并在理论研究的基础上实现了一个可视化针刀辅助诊断和虚拟手术系统。本文的主要贡献和完成的工作包括:1)探讨了医学图像DICOM标准和解码机制,实现了DICOM格式文件的读取、分析、数据格式的转换;完成了对输入的医学图像序列的预处理工作,主要包括灰度变换、平滑和噪声消除。2)研究了医学图像叁维重建的面绘制技术和体绘制技术,针对Marching Cubes算法易产生过量叁角面片的问题,使用面片消减和表面平滑技术对原有算法进行了改进,在不影响视觉效果的情况下,明显提高了算法的绘制速度;在实验的基础上,对比了体绘制技术中的光线投射算法、2D纹理映射算法和3D纹理映射算法,对各自的优缺点和应用场合作了全面的阐述。3)在研究了医学图像配准技术的基础上,设计并实现了基于3D仿射变换的交互式的全局线性配准方法,能够在全局上对叁维的图谱数据和病人数据进行配准;设计并实现了基于薄板样条的交互式局部非线性配准方法,能够在全局配准的基础上在局部进行精确配准,然后用基于网格简化的方法对算法进行了改进和优化,在保证配准效果的同时很好的节省了算法的运算时间。4)首次将医学图像叁维重建技术以及医学图像配准技术应用到可视化针刀领域,构建了国内第一个具有系统功能性完备、操作灵活的基于Windows平台的可视化针刀辅助诊断和虚拟手术系统。
王安明[5]2007年在《基于ITK的医学图像分割》文中研究指明图像分割技术作为一门新兴的学科,在过去几十年特别是近十几年的时间内得到了迅速的发展,并且在医学、军事、工业等领域得到了广泛的应用。作为图像分析与理解的前期步骤,图像分割是计算机视觉领域中最基本、也是最困难的问题之一,分割结果的好坏直接影响到后续工作的优劣。由于图像的多样性和复杂性,目前还没有一种完全通用的分割方法可以实现对所有图像的正确分割,因此图像分割技术一直是图像处理领域中的研究热点之一。作为图像分割的一个重要分支,医学图像分割受到许多研究人员的广泛重视且发展成为当代图像领域的前沿课题。首先回顾了图像分割算法的定义和分类,介绍了一些基本的图像分割算法,并重点介绍了一些新兴的现代图像分割技术。水平集方法,将二维(叁维)的闭合曲线(曲面)的演化问题转化为高维空间中水平集函数曲面演化的隐含方式来求解。然而,传统的水平集方法仅利用图像局部边缘信息,对边界模糊或者存在离散状边缘的区域,容易产生边界泄漏等问题,很难得到理想的分割结果。着重介绍并采用了一种基于Canny边缘检测的水平集分割算法。改进的算法在平滑图像的同时,得到了更加准确的分割轮廓线,同时也提高了算法的鲁棒性。针对医学图像的特征和拓扑结构的特点,结合基于边界和基于区域的分割方法,介绍了几种混合分割算法,这些混合算法在结合了不同算法的优点的同时抑制了采用单一算法的缺陷,取得了令人满意的分割效果,对医学图像自动、准确的分割有着重大的意义。图像配准是导航软件中的核心技术。解决了两组标志点的自动配序,并给出了激光配准的ICP面融合算法。激光配准的优点是回朔性,无接触,自动化。在图像配准方面的工作,是图像分割方面的工作的重要补充。
杨汛[6]2013年在《基于MITK的多模态分子影像融合软件设计与实现》文中提出目前医学图像处理领域的研究热点己从采集与分析处理单一模态图像数据转向了多种模态混合成像与图像数据融合。由于传统成像设备的设计和开发过程相对独立,各种后处理算法软件又过于封闭,使得最终用户往往面临着影像设备与重建算法不配套、重建数据与融合算法不匹配的情况。在本文研究中,作者完成的主要工作如下：(1)以集成化医学图像处理平台MITK/3DMed为基础,设计并实现了面向多模态小动物分子影像融合实验与应用的软件平台——MMI-Fusion。(2)该融合软件采取模块化设计,针对分子影像中的一些典型应用方向(空间配准、表面荧光映射),设计并实现了叁个图像处理工具箱,包括小动物Micro-CT图像空间配准工具箱；叁维表面重建与光学映射工具箱；多模态图像融合工具箱。集成与应用到3Dmed、MITK平台中。
张佳[7]2006年在《基于互信息的医学图像配准算法研究》文中指出医学图像配准技术是20世纪90年代发展起来的医学影像处理的一个重要的研究内容。以医学图像配准为基础的图像融合技术,克服了单独使用某幅图像的局限性,有效地将两幅图像的多方面信息结合反映在一幅图像上,更加直观、丰富地提供了人体解剖、生理及病理等信息,以利于临床诊断和治疗。本论文深入了解了医学图像配准的有关技术,详细分析了图像配准的基本原理和实现步骤,探讨了医学图像配准的主要方法,并着重研究了基于互信息的医学图像配准,最后完成了该配准算法的设计与仿真实现。 本论文首先介绍了医学图像配准技术的背景、发展现状和临床应用。然后详细分析了医学图像配准的概念原理及具体实现步骤,介绍了配准实现中常用的几何变换、插值方法、相似性测度和优化算法,并深入探讨了它们的选择对配准效果的影响,同时还对配准方法的分类及相关评估进行了综述。其次,本文深入研究了基于互信息的医学图像配准方法,先对互信息的背景和基础概念做了介绍,进而分析了互信息法的配准原理,并对互信息法存在的困难和研究重点进行了讨论。在该理论的基础上,介绍了广义互信息这种相似性测度,进而对基于广义互信息的医学图像配准进行了详尽的阐述。最后,在上述技术的基础上,以人脑的叁维医学图像作为仿真数据,利用Matlab7.0工具对基于互信息的医学图像配准算法进行仿真,实现了互信息法的医学图像配准,验证了该算法的精确性和鲁棒性,同时对另外两种相似性测度进行配准仿真,将它们的配准结果与互信息法的配准结果进行比较分析,总结出互信息法存在的优越性和欠缺之处。
李嘉刚[8]2012年在《叁维虚拟人体肾脏系统中图像处理关键技术的研究与实现》文中研究表明近年来，随着计算机图像处理技术的发展，以及计算机断层技术(ComputedTomograph)、超声技术(Ultrasonograph)、核磁共振成像技术(Magnetic ResonanceImaging)、人体切片技术等医学影像技术的广泛应用，越来越多的组织或机构将可视化人体的研究列为研究的重点，作为可视化人体研究中的图像处理相关技术也得到了极大的发展。课题以人体肾脏作为研究对象，以可视化韩国人体数据集（VKH）作为研究的原始材料，通过人体切片图像的预处理技术、图像分割技术、图像配准技术、叁维绘制技术、计算机交互技术等，构建了一个完整的叁维虚拟人体肾脏系统（简称VRKidney），本文重点讨论该系统中用到的图像处理的关键性技术。具体内容如下：1.介绍了VRKidney平台的基本情况。在介绍了VRKidney平台系统架构的基础之上，重点介绍了平台中与图像处理相关的主要功能模块，这些功能的加入使得平台不但具备处理原始VKH图像的能力，为肾脏的叁维绘制提供基础性材料，而且能够对绘制好的肾脏叁维图像进行处理，为后续的研究奠定基础。2.关于VKH中肾脏部位的图像分割。首先，本文用叁种方法实现了肾脏的分割，即基于图论的分割方法、基于边界检测的分割方法、手动分割方法，并且对这叁种分割方法进行了比较，从比较结果得出，基于图论的分割方法优越于另外的两种方法；其次，文中实现了在同一幅图像中分割多个对象的功能，该功能的加入为以后分割人体的不同器官，从而重建整个人体奠定基础；最后，文中还研究了基于ITK的监督配准方法。3.针对肾脏叁维图像的处理。经面绘制或体绘制获得的叁维图像通常有噪声的存在，本文中研究了去除这些噪声的方法；为了便于观察肾脏内部的组织结构，本文实现了虚拟立体裁切功能；为避免一遍又一遍繁琐的绘制过程，本文实现了肾脏叁维图像文件化的存取方式；此外，本文研究并实现了肾脏结构属性标记划分功能，将肾脏以体素为单位进行划分，从而使叁维图像具有肾脏的主要生理结构，对肾脏的真实生理功能研究具有积极意义。
杨期垚[9]2016年在《躯干部图像配准与叁维重建系统的设计与实现》文中提出医学图像配准是医学图像分析的重要前提。PET/CT图像是肿瘤早期诊断及制定治疗计划的重要依据。本文通过应用图像配准技术构建标准化的躯干部模型,辅助医生对比和把握人体形态,同时为基于标准模型的统计分析奠定基础。由于个体间差异、图像伪影和噪声给配准工作带来了巨大挑战,因此如何准确配准躯干部图像是一个重要课题。叁维重建技术可以清晰地显示医学图像中的复杂特性和叁维空间位置,利用3D打印技术制作成本低廉并且精确的3D物理模型,更好地辅助手术。本文在大量学习和研究国内外相关文献与技术的基础上,开发了躯干部图像配准和叁维重建系统,具体包括:(1)对躯干部图像进行去噪、重采样和分割的预处理;(2)提出了一种基于自动识别躯干部范围和提取特征点的叁维躯干部图像配准方法;(3)针对移动立法体法生成的叁维模型表面欠平滑的问题,提出了一种叁维模型优化方法,并应用于3D打印;(4)在软件开发方面,开发了一套全自动的躯干部图像配准和应用于3D打印的叁维重建可视化软件系统,并实现了基于图割的交互式脏器分割工具。为了测试系统的可靠性,本文基于实际的PET/CT图像数据进行了实验,实验结果表明:本文提出的配准方法精度较高,配准速度较快,实现的躯干部配准系统的可用性强。提出的叁维模型优化方法有效地解决了模型表面局部区域欠光滑的问题,并减少了顶点和叁角面片的数量。3D打印得到的人体器官物理模型代表了实际的人体器官,且模型表面光滑。
华亮[10]2013年在《基于几何代数理论的医学图像配准研究》文中指出生物医学图像配准技术广泛应用于临床医学研究及临床诊断和治疗。采用不同医学设备获取的医学图像称为多模态医学影像,其数据反映了机体组织不同的、互补的和重迭的生理信息。将不同模态的医学影像数据进行配准与融合,可方便医生实现治疗计划制定、病灶的定位、病情进展判断、治疗效果评定,并可为后续更高层次的医学图形图像自动处理提供更完整的信息。近年来,随着医学设备综合性能的提升,成像信息逐渐向多分辨率的彩色、多维方向发展,本文称之为多信息医学影像数据。本文对多信息医学影像数据配准技术展开研究,研究对象包括2D彩色多模态医学图像、3D颅位医学图像,涉及到的成像模态有SPECT/CT2D彩色医学图像,CT/mr-PD3D颅位医学图像。针对上述配准对象,提出基于非经典数学理论——几何代数(Geometric Algebra,GA)分析与计算理论的配准方法。针对不同数据维医学图像配准,提出具有通用性的几何不变量的概念、几何代数计算模型及对应的计算方法。不同模态医学图像的几何不变量可以表征其在空间分布的几何位置,以该几何位置作为参考和基准,构造几何代数域上的几何平移算子及几何旋转算子,实现浮动模态医学影像数据的几何变换,完成与参考模态的配准,这也是本文配准的核心思想。正文部分提出4类不同几何不变量,实现了基于这些几何不变量的2D/2D、3D/3D医学图像配准。配准实验结果表明,基于几何代数理论和几何不变量的配准方法具有运算简单、几何意义直观、配准精度较高等优点,并且配准结果不易陷入局部最优点,适合于多信息医学图像配准。本文的主要工作及相关研究结果如下：1、完成SPECT/CT彩色医学图像配准。鉴于传统体外定位标记法,外标记支架与病体的固定检查较繁琐,本文提出一种几何代数G3子空间下建立的RGB色彩空间,提出SPECT/CT医学图像四元数几何矩的计算方法,根据四元数图像质量分布情况,利用2D彩色医学图像转动惯量几何不变量的性质,求取两模态图像的相对旋转角度；利用两质心对齐的思路求取相对平移量,获得了良好配准与融合结果。2、对CT/mr-PD3D颅位医学图像配准问题,提出3D医学图像点云集的转动惯量不变量的几何代数计算模型与计算方法,求取两个模态的转动惯量几何不变量及质心坐标向量。对齐质心后,以参考模态(3D-CT)的转动惯量几何不变量作为参考轴,构造几何代数空间上旋转算子,实现浮动图像全体点云(mr-PD)的旋转,进而实现配准。3、在几何代数点云数据转动惯量几何不变量的基础上,本文提出基于点云集投影的二重向量不变量。从几何意义上分析,点云集投影的二重向量不变量可以视为平面,以点云集投影向量范数均方值最小(最大)作为度量的不变量,不同医学图像的3D模态点云集均具有这样的几何不变量。本文分别从一般几何代数与共形几何代数(Conformal Geometrical Algebra, CGA)两个思路上建立二重向量投影不变量的数学模型及计算方法,实现基于二重向量几何不变量的3D CT/mr-PD医学图像数据的配准,实验结果表明,该方法的配准同效于上述转动惯量几何不变量方法。4、最后本文提出几何代数空间G3上的角度不变量,首先给出任意两个子空间夹角计算的几何代数统一形式(包括相等维度、不等维度的子空间)。对于3D医学图像数据的点云集,相对于直线(向量)、平面(二重向量)导出两个角度不变量。本文分别对这2个角度不变量进行几何代数建模与求解,求取3D CT/mr-PD医学图像数据2个角度不变量,并且以上述两角度不变量为基点,用对应的2种途径实现3D CT/mr-PD医学图像配准。其配准过程运算简单,配准精度高。本文提出的几何不变量的几何要素是一般刚体所固有的几何特性,它(们)在空间上的几何分布及位置特性可以表征其所在刚体(可视为无穷带质量点云组成)在空间上的几何位置信息。对于2D、3D医学图像数据点云集(可视为有限个离散点云组成的刚体),对应的几何不变量同样具备描述其几何位置信息的几何特性与表征功能,为此提出的几何不变量配准策略是可行的,也是科学的,有效的。本文提出的基于几何代数理论的配准方法,采用基于独立坐标系统的几何描述方法与科学计算语言,与2D、3D医学图像配准思路相结合,实现了稳定、快速、直观与高效配准,为医学图像配准研究提供一种新的思路。
参考文献：
[1]. 医学影像数据的叁维重建与医学图像配准技术的研究[D]. 卢燕宁. 西北大学. 2001
[2]. 多模态医学影像的融合与重建技术的研究[D]. 易志武. 电子科技大学. 2018
[3]. 骨科手术导航中2D-3D医学图像配准的应用研究[D]. 罗博博. 南方医科大学. 2014
[4]. 针刀可视化关键技术的研究以及系统实现[D]. 贺桀. 北京工业大学. 2010
[5]. 基于ITK的医学图像分割[D]. 王安明. 南昌大学. 2007
[6]. 基于MITK的多模态分子影像融合软件设计与实现[D]. 杨汛. 中国科学院大学(工程管理与信息技术学院). 2013
[7]. 基于互信息的医学图像配准算法研究[D]. 张佳. 西北工业大学. 2006
[8]. 叁维虚拟人体肾脏系统中图像处理关键技术的研究与实现[D]. 李嘉刚. 中国海洋大学. 2012
[9]. 躯干部图像配准与叁维重建系统的设计与实现[D]. 杨期垚. 东北大学. 2016
[10]. 基于几何代数理论的医学图像配准研究[D]. 华亮. 浙江工业大学. 2013
标签：计算机软件及计算机应用论文; 医学影像论文; 图像配准论文; 图像分割论文; 三维重建论文; 图像融合论文; 可视化技术论文; 数据融合论文;