醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)與融合

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1、第八章醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)與融合8.1配準(zhǔn)與融合的應(yīng)用背景介紹8.2醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)概述8.3圖像配準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)8.4常用的醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法8.5圖像配準(zhǔn)的評估第八章醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)與融合8.6圖像融合概述8.7常用的圖像融合方法8.8圖像融合效果的評價隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)日新月異，為臨床醫(yī)學(xué)提供了各種形態(tài)和功能的影像信息。但是各種成像技術(shù)和檢查方法都有它的優(yōu)勢與不足，并非一種成像技術(shù)可以適用于人體所有器官的檢查和疾病診斷，也不是一種成像技術(shù)能取代另一種成像技術(shù)，而是相輔相成、相互補(bǔ)充。8.1應(yīng)用背景介紹根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像所提供的信息內(nèi)涵

2、，分為兩大類：解剖結(jié)構(gòu)圖像（CT、MRI、B超等）功能圖像（SPECT、PET等）解剖圖像以較高的分辨率提供了臟器的解剖形態(tài)信息（功能圖像無法提供臟器或病灶的解剖細(xì)節(jié)），但無法反映臟器的功能情況。功能圖像分辨率較差，但它提供的臟器功能代謝信息是解剖圖像所不能替代的；8.1應(yīng)用背景介紹目前這兩類成像設(shè)備的研究都已取得了很大的進(jìn)步，圖像的空間分辨率和圖像質(zhì)量有很大的提高，但由于成像原理不同所造成的圖像信息局限性,使得單獨使用某一類圖像的效果并不理想。因此，為了提高診斷正確率，需要綜合利用患者的各種圖像信息。8.1應(yīng)用背景介紹最有效的解決方法：

3、以醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用信息融合技術(shù)，將這兩種圖像結(jié)合起來，利用各自的信息優(yōu)勢，在一幅圖像上同時表達(dá)來自人體的多方面信息。更加直觀地提供了人體解剖、生理及病理等信息。其中配準(zhǔn)技術(shù)是圖像融合的先決條件,必須先進(jìn)行配準(zhǔn),才能實現(xiàn)準(zhǔn)確地融合。8.1應(yīng)用背景介紹二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在臨床上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)具有很重要的臨床應(yīng)用價值。對使用各種不同或相同的成像手段所獲得的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行配準(zhǔn)不僅可以用于醫(yī)療診斷，還可用于手術(shù)計劃的制定、放射治療計劃的制定、病理變化的跟蹤和治療效果的評價等各個方面。臨床應(yīng)用舉例1、計算機(jī)輔助手術(shù)中，外科醫(yī)生根據(jù)配準(zhǔn)的C

4、T/MR/DSA圖像精確定位病灶及周圍相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)信息，設(shè)計出縝密的手術(shù)計劃。在手術(shù)過程中，利用三維空間定位系統(tǒng)使術(shù)前計劃的虛擬病人、手術(shù)臺上的真實病人和手術(shù)器械三者精確聯(lián)系起來進(jìn)行手術(shù)跟蹤。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在臨床上的應(yīng)用臨床應(yīng)用舉例2、在癲癇病的治療中，一方面需要通過CT，MRI等圖像獲得病人的解剖信息，另一方面又需要通過SPECT或PET等得到病人的功能信息，這兩方面的結(jié)合將有助于對病人的精確治療。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在臨床上的應(yīng)用臨床應(yīng)用舉例3、放射治療中，應(yīng)用CT和MR圖像的配準(zhǔn)和融合來制定放療計劃和進(jìn)行評估，用CT圖像精確計算放射

5、劑量，用MR圖像描述腫瘤的結(jié)構(gòu)，用PET和SPECT圖像對腫瘤的代謝、免疫及其他生理方面進(jìn)行識別和特性化處理，整合的圖像可用于改進(jìn)放射治療計劃或立體定向活檢或手術(shù)。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)在臨床上的應(yīng)用8.2醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)概述一、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的概念二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的分類三、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的基本過程一、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的概念醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是指對于一幅醫(yī)學(xué)圖像尋求一種（或一系列）空間變換，使它與另一幅醫(yī)學(xué)圖像上的對應(yīng)點達(dá)到空間上的一致。這種一致是指人體上的同一解剖點在兩張匹配圖像上有相同的空間位置（位置一致，角度一致、大小一致）。配準(zhǔn)的結(jié)果應(yīng)使兩幅圖像上所

6、有的解剖點，或至少是所有具有診斷意義的點及手術(shù)感興趣的點都達(dá)到匹配。醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)示意圖一、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的概念二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的分類到目前為止，圖像配準(zhǔn)方法的分類始終沒有一個統(tǒng)一的說法。目前比較流行的是1993年VandenElsen等人對醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)進(jìn)行的分類，歸納了七種分類標(biāo)準(zhǔn)。（一）按圖像維數(shù)分類按圖像維數(shù)分為2D/2D，2D/3D，以及3D/3D配準(zhǔn)。2D/2D配準(zhǔn)通常指兩個斷層面間的配準(zhǔn)；2D/3D配準(zhǔn)通常指空間圖像和投影圖像（或者是單獨的一個層面）間的直接配準(zhǔn)；3D/3D配準(zhǔn)指2幅三維空間圖像間的配準(zhǔn)。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的

7、分類（二）根據(jù)醫(yī)學(xué)圖像的模態(tài)分類單模態(tài)醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)：是指待配準(zhǔn)的兩幅圖像是用同一種成像設(shè)備獲取的。一般用在生長監(jiān)控、減影成像等。多模態(tài)圖像配準(zhǔn)：是指待配準(zhǔn)的兩幅圖像來源于不同的成像設(shè)備，主要應(yīng)用于神經(jīng)外科的診斷、手術(shù)定位及放療計劃設(shè)計等。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的分類（三）根據(jù)變換性質(zhì)分類剛性變換：只包括平移和旋轉(zhuǎn)。仿射變換：將平行線變換為平行線。投影變換：將直線映射為直線。曲線變換：將直線映射為曲線。二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的分類（四）根據(jù)用戶交互性的多少分類自動配準(zhǔn)：用戶只需提供相應(yīng)的算法和圖像數(shù)據(jù)。半自動配準(zhǔn)：用戶需初始化算法或指導(dǎo)算法(如

8、拒絕或接受配準(zhǔn)假設(shè))；交互配準(zhǔn)：用戶在軟件的幫助下進(jìn)行配準(zhǔn)二、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)方法的分類（五）根據(jù)配準(zhǔn)所基于的圖像特征分類基于外部特征的圖像配準(zhǔn)：是指在研究對象上設(shè)置一些標(biāo)志點，使這些標(biāo)記點能在不