医学图像配准技术及其研究进展.doc

医学图像配准技术及其研究进展 摘要：目的：对近年来的医学图像配准技术及其研究进展情况进行详尽地综述和讨论从而为开展医学图像配准技术在医学图像三维重建、医学图像可视化和定量分析方面的研究提供参考方法：首先查阅国内外近年来医学图像配准技术研究的权威文献；然后深入分析和研究这些文献所介绍方法的特点、存在的问题并针对存在的问题提出可能的解决方案结果：通过对近年来医学图像配准算法的最新研究进展情况进行深入细致地分析和讨论在比较了一些典型算法的特点及其应用的基础上对医学图像配准技术的发展进行了展望结论：使用最优化策略改进图像配准质量以及对非刚体图像配准的研究是今后医学图像配准的发展方向 关键词：医学图像配准；刚体配准；非刚体配准；算法评估 前言 近年来随着计算机科学和信息技术的不断发展医学成像技术也得到了迅速发展各种新的成像设备不断涌现如计算机断层成像（CT）、数字减影血管造影（DSA）、单光子发射断层成像（SPECT）、磁共振成像（MRI）正电子发射断层成像（PET）等各种成像技术和检查方法都有它的优势与不足并非一种成像技术可以适用于对人体所有器官的检查和疾病诊断也不是一种成像技术能取代另一种成像技术而是相辅相成、相互补充为了提高诊断正确率需要综合利用患者的各种图像信息目前医学影像学的一个明显的发展趋势是利用信息融合技术将多种医学图像结合起来充分利用不同医学图像的特点在一幅图像上同时表达来自人体的多方面信息使人体内部的结构、功能等多方面的状况通过影像反映出来从而更加直观地提供人体解剖、生理及病理等信息1要解决多图像信息融合问题首先要解决图像配准问题即多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应 医学图像配准是医学图像三维重建与可视化的先决条件利用CT、MRI获得的是人体组织或器官的断层序列图像断层图像只能提供人体组织或器官的平面信息要测量人体组织或器官的体积或观察其三维结构就要利用断层序列图像重建出组织或器官的三维图像在对人体组织或器官进行扫描过程中由于在操作的时间间隔中受测个体难以避免的运动使同一器官或组织在不同的断层上发生错位因此在对以上得到的序列断层图像进行三维重建前需要纠正上述的错位现象即首先要对序列断层图像进行配准另外医学图像配准在临床上还有很多的应用如对病灶发展情况的监控外科手术导航及放射治疗计划的制订对疾病进行回顾性研究及临床培训等 综上医学图像配准技术在临床上具有重要的应用价值也是医学图像处理领域的研究热点本文就空间变换、插值方法、优化算法和相似性测度这四个配准的主要过程对医学图像配准算法的最新研究进展情况进行综述和讨论并对各种算法的特点及典型应用进行比较和说明 1医学图像配准方法的研究进展 1.1空间变换 医学图像配准主要有刚体配准和非刚体配准之分不论是刚体配准还是非刚体配准对图像进行空间变换是图像配准过程中一个必不可少的步骤针对不同的配准目标所采用的空间变换也是不同的以下就刚体配准和非刚体配准中所采用的空间变换方法进行讨论和分析 1.1.1刚体配准的空间变换 对刚体配准常用的空间几何变换有：刚体变换、仿射变换如Wein等2人研发了一种应用于手术导航的新方法采用刚体和仿射变换模型对超声扫描图像和三维重建后相应层的CT图像进行自动化配准并对此法进行评估此项研究对象包括25个病人其肝脏和肾脏都有随机性的损害对这25个病人图像进行配准后对比内科医生对配准精度的评价该自动配准算法的精确度占76%程序执行时间少于40s目标配准误差的均方差（rootmeansquaretargetregistrationerrorRMSTRE）为8.1mm比目标标记