关于局部方差采样的2D3D医学图像配准技术.pdfVIP

高技术通讯2013年第23卷第8期：827～832 doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2013．08．008 基于局部方差采样的2D／3D医学图像配准技术① 刘 达②+ 谢永召+ 倪自强+ 王烁” (+北京航空航天大学机器人研究所北京100191) (“北京科技大学机械工程学院 北京100083) 摘要 为了提高医学图像引导治疗系统中2D／3D图像配准精度和鲁棒性，提出了一种 基于灰度方差采样的局部等级相关的相似度测度方法。该方法首先将2D图像进行子区 域分割，并根据子区域灰度方差进行采样，排除图像中对配准贡献小的像素区域，然后求 取剩余子区域归一化局部等级相关和。由于等级相关不依赖图像之间的线性关系，所以 对不同能量等级的图像配准收敛特性好。脊柱模型CT数据与模拟x射线图像配准实验 结果表明，采样率为30％时，配准精度达到(0．21±0．03)mm，以平均目标误差小于5mm 为准，算法的收敛率达到96％。 关键字2D／3D配准，等级相关，手术导航，x射线图像，数字重建影像 医学图像配准一J，该算法的特点是对不同能量等级 0 引言 的X射线图像配准鲁棒性强，但需要大量时间处理 相持秩，并且精度不高。第三类是Tomaevi等基于 术前CT图像和术中x射线图像刚体配准能够 x射线与x射线图像中生理结构特征边界相切的 精确定位病灶，是图像引导治疗(IGT)，图像引导微 思想提出的基于梯度特征的算法¨0’12J，该类方法需 创治疗(IGMIT)和图像引导放射治疗(IGRT)中的 要先提取图像的梯度特征，精度较高，但收敛范围小 关键技术¨引，其广泛应用于骨科手术导航、脊椎运 且鲁棒性不高。本文针对上述方法的不足，提出了 动检测、脑血管介入手术、立体定向放射治疗、三维 一种基于灰度方差采样的局部等级相关和相似度测 适形放疗(3DCRT)，调强适形放疗(IMRT)等。该 技术将术中2D图像和术前3D图像统一到同一坐度方法，该方法引入区域划分的概念，依据子区域的 标系，融合了二维图像的实时性和三维图像的空间 灰度方差，获取灰度方差大的区域，然后计算子区域 信息特性，提高术中可视化和降低手术风险，而且相 归一化等级相关和。同时，改进数字造影图像(dig- 对于需要植入外物的接触式配准，快速、可靠，较少 reconstructed itally 依靠人为判断，减少对病人侵入性伤害。目前2D／ 图像蒙版技术，仅生成需要配准的子区域。该2D／ 3D配准方法主要分为三类。第一类是Wunsch等 3D配准方法既结合医学图像的组织结构信息的优 提出的基于几何特征的算法H’5J，主要通过图像分 势，也兼顾图像的灰度信息，同时通过采样，减少了 割找到一个满足使2D和3D特征距离最小的变换。 信息处理量，具有处理速度快、精度高的特点。 这些特征主要包含孤立的点或点集、曲线、面或轮 廓，此类方法通过减少数据量加快配准过程，但严重 1 2D／3D医学图像配准数学描述 依赖于图像分割的精度。第二类是Russakoff等提 出的基于灰