多模态医学图像配准和融合方法及其临床应用进展

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 多模态医学图像配准和融合方法及 其临床应用进展 【摘 要】多模态医学图像的配 准、融合技术的主要目标在于将解剖图 像与功能图像进行联合，从而使人体内 部结构在图像方面呈现出来，帮助医生 进行诊断。本文在对医学图像技术进行 研究后，对多模态医学图像的配准方法 进行了算法更新，同时依据局部特征实 现图像信息的整合。最后对医学图像配 准融合在临床当中的应用进行全面概述。 中国论文网 /1/view-12825959.htm 【关键词】多模态；医学影像配 准；图像结合；临床应用发展 现代医学诊断学的发展，是医学 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 与计算机技术相互融合的过程，在新阶 段，人体医学图像作为重要的辅助诊断 技术，目的在于通过计算机技术进行数 学建模，从而实现对影响的处理。通过 合理运用计算机辅助系统，可以极大程 度提升医生在进行诊断时的准确率以及 诊断速度。而在图像处理中，系统借助 图像输入、处理、融合、分类实现诊断 过程的可视化，使诊断对象的病理特征 更加直观、具象。 一、多模态医学图像配准与融合 方法 （一）多模态医学图像配准方法 医学图像技术之中，图像的配准 过程一般需要进行空间变换、相似测度 函数以及优化三个部分。随着技术发展， 多模态医学图像的配准相较于传统单模 态图像而言，难度更高，其配准方法中 主要的差别集中在相似测度函数这一方 面，以灰度差平方和（SSD）为例，传 统的单模态图像在进行配准时，其操作 方式简单，计算效率高，鲁棒性能优异。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 但是在多模态图像配准时，由于配准算 法需要对灰度分布进行函数测度，因此 存在较大的图像模态差异，最终导致灰 度值以及函数呈现出不稳定状态，导致 配准无法完成。为了解决多模态医学图 像配准无法完成的问题，现代研究领域 提出了通过特征提取算法，来解决配准 问题。 在图像之中，点特征的存在较为 普遍，因此在进行特征提取算法设计时， 通常依据区域相似策略，对参考图像当 中的待提取点进行设定，再以此点为中 心，进行窗口设置。目标图像需要与之 进行对应，形成对应窗口。两个窗口在 进行相似测度函数时，通过最大取值的 方式，能够使中心点完成对应。在完成 对应点的提取之后，根据非刚性配准算 法中的 FFD 模型，可以完成图像特征 的配准。其中，通过集合的方式对待配 准图像进行表示，再计算得到图像中窗 口内部的均匀控制网络，运用坐标的方 式，将网格间距在 x 轴和 y 轴上表达， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 FFD 模型可以给出一维的样条张量。在 一维网格之上，通过多组控制网格形成 各个网格层级，最终完成层级之间的控 制定点递增，使 FFD 模型能够形成多 层子模型。每一个网格的控制定点与其 所在层级之间具有性变函数，通过调用 BA 算法，能够使所有层级之间形成终 极形变函数。研究人员可以对形变函数 开展相似测度函数的分析，是指作为互 信息的表达方式，实现梯度优化。这种 互信息下的梯度优化在 CT、MRI 等图 像配准之中应用广泛，精准度极高。 （二）多模态医学图像融合方法 多模态医学影像融合，是对于医 学影像配准的处理，融合图像需要对原 图像信息进行保留，但是也需要对图像 信息变化进行反应。在目前的技术研究 中，研究人员根据人类观察过程中的视 觉特点，采用了尺度分解变换来完成图 像融合，这种融合方法在多模态医学图 像处理中需要进行多个步骤的实践1。 首先，操作人员需要对原图像内容进行 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 处理，使其完成分解，分解内容为高频 或低频的子带，随后，根据既定的融合 规则，将各个子带一一匹配，完成融合。 最后，采用逆变换设备对融合的结果进 行分析，判断是否存在融合问题和特征 出入。这种尺度变换融合方法虽然使目 前广泛采用的处理技术，但是在具体的 应用过程中却受到变化工具的限制，例 如在金字塔变换中，操作人员利用变换 工具进行变换时，往往只能将图片层次 进行分解，但无法对高频图像完成划分 方向。因此在研究领域，研究者希望借 助剪切波的变换来解决现存问题。 在剪切波变换中，剪切波的离散 化性能能够解决多尺度分解变换所造成 的融合问题，在实际应用中，研究人员 在多尺度分解郭恒中，对下采样操作进 行了处理，使其能够在方向局部化开展 时，可以与剪切滤波器相互结合，通过 伪极化的方式，实现平移操作，在标准 的剪切波下，平移过程具有不变性质。 在以往的变换融合中，由于缺少平移不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 变这一特性，容易使得整个变换过程出 现伪吉布斯现象，为了对其进行客服， 需要将标准剪切波的离散性能融入到变 换过程之中，以金字塔变换为例，下采 样金字塔滤波器在使用时，每一个层级 都需要对上一个层级的滤波器进行采样 操作，这种滤波操作能够使伪极化网络 通过窗函数完成平移不变性质的维持， 并在傅里叶变换时直接通过二维卷积完 成运算，保证图像融合的准确性。实现 平移不变性质的保持后，图像的分解内 容子带则具有了垂直、水平以及对角三 种性质，在尺度性更加完善的同时也具 有了方向性。 二、多模态医学图像配准、融合 的临床应用 （一）放射性治疗中图像引导技 术的应用 在临床医学中，放射性治疗的主 要目的在于通过放射医疗器材对肿瘤靶 区进行放射，从而提高其射线吸收量， 并降低危害器官的射线吸收量。在这一 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 过程中，通过运用多模态的医学图像系 统，能够针对患者的身体环境进行三维 图像的生成，从而保证肿瘤靶区以及受 到威胁器官能够在图像技术下得到动态 跟踪和监测。对于临床医生来说，通过 合理运用图像配准技术，能够提升放射 治疗的精准程度。在先进的图像系统中， 图像处理平台还会依据算法对所获得的 影响数据进行处理分析，放射治疗的要 求下，患者的呼吸运动特征、肿瘤的变 化特征、解剖组织的变形情况，都能够 通过图像系统来完成定量分析，帮助临 床医生进行精准的控制2。以目前广泛 应用于放射科临床治疗中的 IGRT 系统 为例，该系统就是通过运用多模态医学 图像配准技术，实现了诸多临床能力。 例如放疗摆位可以依靠系统的分析进行 三维图像的建立，并在导入了患者 CT 图像后，实现刚体配准，最终得到治疗 床的调节参数。此外，在自适应放疗技 术中，系统还能够进行在线的形变配准， 从而使放射计划更具有针对性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 （二）临床手术中可视化图像应 用 在一些重要的临床手术中，多模 态的医学图像技术应用同样广泛。以人 体假肢的安装手术为例。在手术开展之 前，临床医生可以依据多模态医学图像 技术对人的假肢在正常活动下的受力状 态进行分析，再根据 CT 数据对假肢进 行三维建模设计假体，并与力学分析进 行融合，形成设计方案。在假肢制作和 手术过程中，图像技术还能够与 RP 快 速成型技术相互融合，使可视化的假肢 制作和假肢植入能够树顺利完成。在最 后通过熔模铸板，实现硅胶翻模。并依 次进行打孔和消毒，保证整个手术流程 顺利、通常。 三、结论 综上所述，在现阶段