第7講 醫(yī)學圖像配準和融合

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1、第七章醫(yī)學圖像配準與融合MedicalImageregistrationandfusion1主要內容配準融合技術概述醫(yī)學圖像配準技術圖像圖像融合技術理論方法評估方法評估背景意義背景醫(yī)學影像設備在最近十年中得到迅速的發(fā)展，并廣泛應用于臨床診斷和治療中。由于成像的原理和設備不同，存在有多種成像模式（解剖成像、功能成像）。3對人腦可用多種模式成像意義解剖圖像：提供解剖形態(tài)信息，分辨率高功能圖像：提供功能代謝信息，分辨率差二者結合：在一幅圖像中同時表達來自人體多方面的信息，使人體內部結構和功能等狀況能通過影像反映出來，直觀提供人體解剖生理病理信息。于是出現(xiàn)了配準和融合技術，配準是融合的先決條件

2、4臨床應用外科手術術前病灶精確定位放療計劃CT圖像精確計算放射劑量、MR圖像描述腫瘤結構，PET對代謝、免疫及生理方面進行識別，配準融合后圖像用于改進放療計劃、立體定向活檢、手術癲癇病治療觀察炎癥、腦外傷、硬化癥等變化、病灶精確定位56配準（imageregistration）的概念醫(yī)學圖像配準是指對于一幅醫(yī)學圖像尋求一種（或一系列）空間變換，使它與另一幅醫(yī)學圖像上的對應點達到空間上的一致。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）。、目的：將多種成像模式或同一種模式得到的多幅圖像綜合分析，更好的了解組織情況解決的問題：幾幅圖像的嚴格

3、對齊幾幅圖像信息綜合的結果稱作圖像的融合（imagefusion）。利用圖像融合技術，將多種圖像結合起來，利用各自的信息優(yōu)勢，在一幅圖像上同時表達來自人體的多方面信息，使人體內部的結構、功能等多方面的狀況通過影像反映出來，從而更加直觀地提供人體解剖、生理及病理等信息。圖像配準技術是圖像融合的先決條件78圖像配準示意圖配準實現(xiàn)過程：1.獲得特征圖像：不同角度，不同位置，反映某些方面的特征2.圖像配準：通過空間變換（移動和旋轉），使兩幅圖像對齊3.圖像融合：得到整體特征圖像9實例：方法分類：1993年VDE7種按維數(shù)：2D、3D按摸態(tài)：單、多按變換性質：按用戶交互性：自動、半自動、交互按配

4、準所基于圖像特征：外、內按變換參數(shù)確定的方式：公式、最優(yōu)解按主體分：同一患者、不同患者、患者與圖譜1011剛體變換：指物體內部任意兩點間的距離及平行關系保持不變（處理人腦圖像，對不同方向成像的圖像配準常使用剛體變換）仿射變換：保持平行性，但距離發(fā)生變化，直線還是直線（校正成像設備的誤差產生的畸變）投影變換：直線映射成直線，平行性和兩點間的距離變化（二維投影圖像與三維圖像的配準）彎曲變換：直線變成曲線(解剖圖譜變形擬合圖像數(shù)據(jù))12單模配準的典型應用：（1）不同MR加權像間的配準T1加權像T2加權像質子密度加權像不同組織表現(xiàn)不同強度信息互補（2）電鏡圖像序列的配準不同時間采集的多幅圖像（

5、時間序列圖像）粒子移動，形態(tài)變化研究生長現(xiàn)象13單模配準的典型應用：（3）fMRI圖像序列的配準（4）胸腹部臟器的圖像配準不同時刻的三維臟器圖像四維圖像分析時間序列圖像，大腦活動會產生氧攝取量和血流間的不平衡MRI圖像測得信號的改變解決：參考點位置確定（定位問題）運動過程中的局部變形和噪聲問題14多模醫(yī)學圖像配準：待配準的兩幅圖像來源于不同的成像設備。解剖圖像：CT：對密度差異較大的組織效果好MRI：可識別軟組織較高的空間分辨率功能圖像：SPECT/PET：能反映人體的功能和代謝信息空間分辨率差一般臨床上的應用：CT（或MRI）和SPECT（或PET）的綜合分析，同時提供功能和解剖信息

6、15多模醫(yī)學圖像配準：難點：由于掃描設備的原理不同，兩種斷層圖像間并不存在簡單的一一對應關系人腦MR/PET圖像配準上排：軸向圖；中間：矢狀圖；下排：冠壯圖左：PET圖像；中：MRI圖像；右：融合圖像16不同對象的圖像配準被試圖像典型正常圖像疾病的典型圖像對比是否出現(xiàn)異常是否屬于同類難點：不同對象形狀、大小、位置差異方法：1）確定一個共同的標準。要求有一個詳細標記人體各個解剖位置的計算機化標準圖譜，如Talairach標準空間，把兩幅圖像分別映射到圖譜，再比較17Talairach人腦圖譜對兩個病人的PET或MR圖象進行比較，首先把二者的圖像都映射到這個共同的參考空間，然后再比較不

7、同對象的圖像配準方法：胼胝體18用非線性變換法配準不同人腦表面溝回2）非線性形變法將三維圖像逐漸變形，最終較好的與另一個三維圖像匹配不同對象的圖像配準方法：19圖像與圖譜配準或與物理空間配準在手術導航系統(tǒng)中解決圖像像素與實際物理空間的位置配準圖像空間立體定向裝置、人體實體空間坐標變換實現(xiàn)方法：配準理論基礎每一幅待配準的圖像都與定義圖像空間的坐標系有關。一般情況下，圖像配準都是基于幾何變換的，即尋找一幅圖像空間X中的點（用列向量x表示）與另一幅圖