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1、章醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)與融合MedicalImageregistrationandfusion111主要內(nèi)容配準(zhǔn)融合技術(shù)概述醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù)圖像圖像融合技術(shù)理論方法評估方法評估背景意義背景醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在最近十年中得到迅速的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療中。由于成像的原理和設(shè)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(jié)合：在一幅圖像中同時表達(dá)來自人體多方面的信息，使人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能等狀況能通過影像反映出來，直觀提
2、供人體解剖生理病理信息。于是出現(xiàn)了配準(zhǔn)和融合技術(shù)，配準(zhǔn)是融合的先決條件4臨床應(yīng)用外科手術(shù)術(shù)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(jié)構(gòu)，PET對代謝、免疫及生理方面進(jìn)行識別，配準(zhǔn)融合后圖像用于改進(jìn)放療計劃、立體定向活檢、手術(shù)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(zhǔn)（imageregistration）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
3、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(yán)格對齊幾幅圖像信息綜合的結(jié)果稱作圖像的融合（imagefusion）。利用圖像融合技術(shù)，將多種圖像結(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，使人體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、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(zhǔn)技術(shù)是圖像融合的先決條件78圖像配準(zhǔn)示意圖配準(zhǔn)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
4、的特征2.圖像配準(zhǔn)：通過空間變換（移動和旋轉(zhuǎn)），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(zhì)：按用戶交互性：自動、半自動、交互按配準(zhǔn)所基于圖像特征：外、內(nèi)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(nèi)部任意兩點間的距離及平行關(guān)系保持不變（處理人腦圖像，對不同方向成像的圖像配準(zhǔn)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(shè)備的誤差產(chǎn)生的畸變）投影變換：直線
5、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(zhǔn)）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(zhǔn)的典型應(yīng)用：（1）不同MR加權(quán)像間的配準(zhǔn)T1加權(quán)像T2加權(quán)像質(zhì)子密度加權(quán)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(zhǔn)不同時間采集的多幅圖像（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(zhǔn)的典型應(yīng)用：（3）fMRI圖像序列的配準(zhǔn)（4）胸腹部臟器的圖像配準(zhǔn)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(chǎn)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
6、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(xué)圖像配準(zhǔn)：待配準(zhǔn)的兩幅圖像來源于不同的成像設(shè)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(yīng)用：CT（或MRI）和SPECT（或PET）的綜合分析，同時提供功能和解剖信息15多模醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)：難點：由于掃描設(shè)備的原理不同，兩種斷層圖像間并不存在簡單的一一對應(yīng)關(guān)系人腦MR/PET圖像配準(zhǔn) 上排：軸向圖；中間：矢狀圖；下排：冠壯圖 左：PET圖
7、像；中：MRI圖像；右：融合圖像16不同對象的圖像配準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。要求有一個詳細(xì)標(biāo)記人體各個解剖位置的計算機化標(biāo)準(zhǔn)圖譜，如Talairach標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行比較，首先把二者的圖像都映射到這個共同的參考空間，然后再比較不同對象的圖像配準(zhǔn)方法：胼胝體18用非線性變換法配準(zhǔn)不同人腦表面溝回2）非線性形變法將三維圖像逐漸變形，
8、最終較好的與另一個三維圖像匹配不同對象的圖像配準(zhǔn)方法：19圖像與圖譜配準(zhǔn)或與物理空間配準(zhǔn)在手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中解決圖像像素與實際物理空間的位置配準(zhǔn)圖像空間立體定向裝置、人體實體空間坐標(biāo)變換實現(xiàn)方法：配準(zhǔn)理論基礎(chǔ)每一幅待配準(zhǔn)的圖像都與定義圖像空間的坐標(biāo)系有關(guān)。一般情況下，圖像配準(zhǔn)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
