基于B样条插值函数的人脑MR图像非刚体配准方法
基于B样条自由形变三维医学图像非刚性配准研究
（ １ ．中国科学 院 苏州生物 医学 工程 技术研究所 ，江苏 苏州 ２ １ ５ １ ６ ３ ；
２ ．中国科 学院 长春光学精密机械与物理研究所 ， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ；
３ ． 中 国科 学 院大 学 ，北 京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
在 临 床诊 断效 率 、 实时 病 情监 测 、 提 高 外 科 手术 水 平 等 方面 具 有 重 要 的 临 床 应 用 价 值 。近 些 年 ， 三 维 图像 非 刚性 配准算 法 逐 渐 成 为专 家 学 者研 究 的 重心 ， Ｗｅ ｉ ｎ Ｗｏ ｌ ｆ ｇ ａ ｎ ｇ ＿ ３ ］ 等 人采 用 刚性 与 放 射 变换
摘
要： 医学超 声成 像 具有成 本低 、 实时 成像 等 优 势 ， 基 于超 声的 多模 态 配准 在 临床 诊 断 、 病 情
监测 、 外科 手 术等应 用上 具有 较 大的 意义 。三 维 医学 图像 能 够 的三 维结构 信 息 。本 文 采用基 于 Ｂ样 条 自由形 变模 型 的 非 刚性 配 准 方 法
２ ００
第 ２ 期
冯兆美等 ： 基于 Ｂ样条 自由形变三维 医学图像 非刚性配准研究
２ ０ １
适 合进 行 手术 前 的诊 断 。 由于 超声 图像 能 够 实 时 快 速 的提供 诊 断数 据 ， Ｃ Ｔ 图像 能 够保 证 数 据 的 准
性能。
确详细， 所以进行超声图像和 Ｃ Ｔ图像 的配准研究
模型 ， 对超 声 图像 与 Ｃ Ｔ 进 行 自动化 配准 ， 并 对 此
１ 原 理 与 方 法
假设参考 图像 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｍ ａ ｇ ｅ ） 为 （ Ｘ） ，
非刚性医学图像配准技术
非刚性医学图像配准的必要性
由于人体内部器官和组织的形态和位置会随 时间、姿势、呼吸等因素而发生变化，因此 非刚性医学图像配准在临床应用中具有重要 意义。
非刚性医学图像配准能够更好地适应人体内 部器官和组织的形态和位置变化，提高图像 配准的精度和可靠性，从而更好地支持疾病
诊断和治疗方案制定。
非刚性医学图像配准的关键技术
基于深度学习的配准方法利用深度神经网络对图 像进行学习和配准，具有强大的自适应能力和较 高的配准精度，但需要大量的训练数据和计算资 源。
03 非刚性医学图像 配准算法
基于特征的方法
特征提取
提取医学图像中的局部特征，如边缘、角点等，作为 配准的依据。
特征匹配
通过匹配图像中的特征点，确定图像间的对应关系。
研究内容和方法
本研究的主要内容是针对非刚性医学图像配准技术进行研究，提出一种基于特征提取和优化算法的非刚性医学图像配准方法 。
首先，对医学图像进行预处理，包括去噪、分割、提取特征等步骤；然后，利用特征匹配算法将两幅图像进行初步配准；最 后，采用优化算法对初步配准的结果进行优化，得到最终的配准结果。
02 非刚性医学图像 配准概述
医学图像配准的定义
医学图像配准是一种基于图像处理技 术的过程，旨在将不同时间点、不同 设备或不同个体之间的医学图像进行 对齐和比较，以便准确地进行疾病诊 断和治疗方案制定。
VS
医学图像配准通常涉及对图像进行平 移、旋转、缩放、剪切等变换，以使 不同图像之间的对应关系达到最佳匹 配。
随着精准医疗的发展，非刚性医学图像配准技术将更加注重个体差异，针对不同患者和疾病状态开展精细化配准。同时，随着可穿戴设备和移动设备的普及 ，如何在这些设备上实现非刚性医学图像配准也是一个值得研究的方向。
LBM的医学影像非刚体配准新方法
西 安 电子 科 技 大 学 学 报 （ 自然 科学 版 ）
Ｊ０Ｕ ＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩ ＤＩ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲＳＩ ＴＹ
Ｆｅ ｂ ． ２ Ｏ １ ３ Ｖｏ １ ． ４ ０ ＮＯ ． １
第４ ０卷
第 １期
ｄ ｏ ｉ ： １ ０． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ２ ４ ０ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ２
方程， 并对边界条件 、 初 始 条 件 和 速 度 模 值 进 行 了定 义． 实验结果 表 明， 文 中方法与 同类方法相 比， 配 准 性 能 得 到 了全 面提 升 ， 提 高 了配 准 效 率 ， 适 合 大 形 变 配准 场 合 ． 关 键 词 ：生 物 影像 处 理 ； 格子玻耳兹曼模型 ； 医 学 影像 ； 非 刚体 配 准 ； 粘 滞 流 体 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ２ ４ ０ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ０ ６ — ０ ８
Ｌ ＢＭ 的医学 影像 非 刚体 配ห้องสมุดไป่ตู้ 新 方 法
同 鸣 ， 曹 阳 ， 何 梦 碉 ， 张 建 龙
（ 西安 电子 科 技 大 学 电子 工程 学 院 ， 陕 西 西 安
７ ｉ ００７ Ｉ）
摘 要 ：为 了提 高 医学 影 像 的配 准 性 能 ， 利 用 流 体 粒 子 运 动 可 以模 拟 任 意 自 由复 杂 形 变 的 特 性 ， 将 医 学 影像 配 准 问题 转 化 为 粘 滞 流 体 力 学 物 理 Ｉ ＇ ７ 题， 提 出 了一 种 基 于 离散 格 子 玻 耳 兹 曼 方 法 （ Ｌ Ｂ Ｍ） 的 非 刚 体 配 准 新 方 法． 配 准 过 程 是 把 浮 动 影像 、 目标 影 像 和 浮 动 影 像 的灰 度 差 以 及 像 素 点 分 别 视 为 粘 滞 流 体 、 外 力 以及 流
如何应对测绘技术中的点云数据处理问题
如何应对测绘技术中的点云数据处理问题随着测绘技术的发展，点云数据成为了现代测绘方法中的重要组成部分。
点云数据是通过激光雷达扫描获取的大量点的三维坐标信息。
然而，点云数据处理过程中存在着一系列的问题与挑战。
本文将重点讨论如何应对测绘技术中的点云数据处理问题，并提供一些解决方案。
一、点云数据清洗与滤波点云数据的质量直接影响后续处理与分析的准确性和效率。
而点云数据中常常存在噪声、离群点等干扰因素。
因此，清洗与滤波是点云数据处理的首要任务。
1.1 噪声去除噪声会导致点云数据的不准确性，因此在进行后续处理之前，必须对点云数据中的噪声进行去除。
常见的噪声去除算法有统计学滤波、欠采样和高斯滤波等。
统计学滤波是一种基于点云数据中点的密度和离散程度的算法，适用于去除小范围的噪声。
欠采样则是通过减少点云数据点的数量，来实现噪声去除的目的。
而高斯滤波则是基于图像处理算法中的高斯滤波原理，对点云数据进行平滑处理，从而达到去除噪声的效果。
1.2 离群点剔除离群点是指点云数据中与周围点相比较为异常的点。
离群点可能是测量误差造成的，也可能是数据采集设备的问题导致的。
离群点的存在会影响后续处理与分析的准确性，因此需要对其进行剔除。
离群点剔除的方法有多种，常见的包括基于统计学原理的剔除算法、基于聚类原理的剔除算法等。
基于统计学原理的剔除算法包括平均法、中值法和标准差法等，通过计算点云数据中点与其周围点之间的距离来判断是否为离群点。
而基于聚类原理的剔除算法则通过将点云数据点分成不同的簇，识别出簇中的异常点并进行剔除。
二、点云数据配准与融合点云数据配准是指将来自不同扫描设备或不同位置的点云数据进行对齐。
点云数据融合是指将多个点云数据集合并为一个整体的过程。
点云数据配准与融合是进行精确测绘与分析的重要步骤。
2.1 配准点云数据配准主要包括刚体配准和非刚体配准。
刚体配准是指在保持点云数据形状不变的前提下，将其进行平移、旋转和缩放等操作，使其与参考点云数据达到最佳对齐。
医学图像配准算法及其在肿瘤分析中的应用
医学图像配准算法及其在肿瘤分析中的应用近年来，随着医学图像技术的快速发展，医学图像在肿瘤分析中发挥着重要的作用。
然而，由于肿瘤的位置、形状和大小存在较大的变异性，对于不同患者的医学图像进行准确的配准成为一个具有挑战性的问题。
因此，研究人员针对医学图像配准问题提出了一系列的算法，并将其应用于肿瘤分析中，以便为医生们提供更准确、可靠的肿瘤诊断与治疗方案。
一、医学图像配准算法：1. 刚体配准算法刚体配准算法是医学图像配准中最常用的一种算法。
该方法通过寻找两幅图像之间的几何变换，来使得它们更好地对齐。
常见的刚体变换包括旋转、平移和缩放。
刚体配准算法的优点在于简单易用，计算速度快，适用于多种类型的医学图像。
2. 弹性配准算法弹性配准算法是一种更加灵活、准确的医学图像配准方法。
该方法在刚体配准的基础上引入了非刚性变形，以更好地适应肿瘤图像之间的局部形状变换。
弹性配准算法通常基于图像的特征点匹配，通过估计局部变形场来完成图像的配准。
虽然弹性配准算法的计算复杂度较高，但其配准效果更加准确，适用于复杂的医学图像配准场景。
二、医学图像配准在肿瘤分析中的应用：1. 肿瘤定位和分割医学图像配准算法可以帮助医生精确定位并分割肿瘤区域。
通过将多个图像配准到同一坐标系下，可以更好地展示肿瘤的位置和形状，提供更准确的分割结果。
这为医生制定精细化的治疗方案提供了有力的支持。
2. 肿瘤生长监测通过定期采集患者的医学图像并进行配准，可以监测肿瘤的生长情况。
通过比较不同时间点的图像，可以准确地计算肿瘤的生长速率，从而帮助医生评估疾病的进展情况，指导治疗方案的调整。
3. 治疗响应评估医学图像配准算法还可以用于评估患者接受治疗后的疗效。
通过将术前和术后的图像进行配准，可以直观地比较肿瘤的变化情况，评估治疗的有效性，并对治疗方案进行优化。
4. 个性化治疗规划医学图像配准技术还可以用于制定个性化的肿瘤治疗规划。
通过将患者的医学图像与之前的病例进行配准，可以根据患者的病情特点进行个性化的治疗规划，提高治疗效果。
基于B样条的医学图像配准新算法
基于B样条的医学图像配准新算法
刘大鹏;冯前进;刘新刚
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2008(029)004
【摘要】目的:提出一种基于B样条的医学图像塔式配准新算法,即RE配准模型.方法:首先实现图像的整体配准,即用一次B样条基函数作为变形函数,对图像进行仿射变换;然后通过均匀增加节点数量及改变变形函数的复杂性,实现图像细节上的配准,这一循环匹配过程主要是通过改变B样条基函数及控制系数复杂性.来实现图像的仿射变换及弹性变换.结果:整个匹配算法体现了图像从整体到细节的匹配思想.结论:实验证明,该方法与单纯的弹性配准方法相比.不仅计算速度有很大的提高,而且有很强的鲁棒性.
【总页数】4页(P5-8)
【作者】刘大鹏;冯前进;刘新刚
【作者单位】解放军第303医院,南宁,530021;南方医科大,学医学图像处理重点实验室,广州,510515;南方医科大,学医学图像处理重点实验室,广州,510515
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41;R445
【相关文献】
1.一种新的基于结构信息的多模医学图像配准算法 [J], 刘君;杨芳;武和雷
2.基于新S型速度规划的B样条曲线算法研究 [J], 史步海;孙会会
3.基于二次B样条曲线拟合的新算法 [J], 李昆;赵刚
4.一种新的基于参考曲线的B样条曲线延拓算法 [J], 张志伟;穆国旺;臧婷;戴士杰
5.一种新的基于参考曲线的B样条曲线延拓算法 [J], 张志伟;穆国旺;臧婷;戴士杰;;;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
医学影像分析中脑部图像配准技术的应用教程与误差分析
医学影像分析中脑部图像配准技术的应用教程与误差分析在医学影像领域的研究和诊断中，脑部图像的配准是一个非常重要的技术。
脑部图像配准是指将不同扫描仪、不同时间、不同患者的脑部图像进行对齐，以实现图像的准确比较和分析。
本文将介绍脑部图像配准的应用教程，并对其误差进行分析。
一、脑部图像配准的基本原理脑部图像配准的基本原理是通过计算机算法将不同图像的特征点对齐，以达到图像重叠的效果。
常用的配准方法有刚性配准和非刚性配准。
1.1 刚性配准刚性配准适用于无需考虑脑部形变的情况，例如不同时间点的MRI图像对比。
它的基本原理是计算两个图像之间的平移、旋转和缩放变换，使得它们在空间中对齐。
常见的刚性配准算法有互信息（MI）、归一化互相关（NCC）等。
1.2 非刚性配准非刚性配准适用于需要考虑脑部形变的情况，例如手术前后的MRI图像对比。
它的基本原理是通过局部变形场来对齐图像，以克服脑部形变所引起的图像不一致。
常见的非刚性配准算法有B样条插值配准（BSpline）、光流法（Optical Flow）等。
二、脑部图像配准的应用教程下面将以互信息作为刚性配准方法，以B样条插值配准为非刚性配准方法，介绍脑部图像配准的具体操作步骤。
2.1 刚性配准教程步骤1：导入需要配准的脑部图像，包括参考图像和待配准图像。
步骤2：选择配准方法，这里以互信息为例。
步骤3：调整配准参数，包括平移、旋转和缩放变换。
步骤4：进行配准计算，得到配准后的图像。
步骤5：评估配准结果，比较配准前后的图像相似度。
2.2 非刚性配准教程步骤1：导入需要配准的脑部图像，包括参考图像和待配准图像。
步骤2：选择配准方法，这里以B样条插值配准为例。
步骤3：调整配准参数，包括形变场的控制点个数和插值次数。
步骤4：进行配准计算，得到配准后的图像。
步骤5：评估配准结果，观察图像形变情况和特征点对齐程度。
三、误差分析脑部图像配准中存在一定的误差，主要包括局部形变误差和特征点对齐误差。
手术配准方法分类
手术配准是医学影像处理中的一个重要环节，它将三维的医学影像数据与实际的手术场景或者患者的三维解剖结构进行准确的对应。
手术配准的方法可以根据配准的类型、使用的技术、以及配准的精度等不同标准进行分类。
以下是一些常见的手术配准方法分类：1. 基于特征的配准：这种方法通过识别和匹配影像和实际解剖结构之间的共同特征点来实现配准。
常用的特征包括点、线、角等，以及更复杂的形状和纹理信息。
2. 基于模型的配准：这类方法使用数学模型来描述影像数据和实际解剖结构之间的关系。
常用的模型包括刚体变换、仿射变换、薄壳变换等。
3. 基于密度的配准：这种方法通过计算影像数据的体素密度分布来配准。
通常使用互信息（Mutual Information, MI）或归一化互信息（Normalized Mutual Information, NMI）作为相似性度量。
4. 基于优化算法的配准：这类方法通过优化一个能量函数来找到最佳的变换参数，使得影像数据与实际解剖结构的对应关系最优。
常用的算法包括梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等。
5. 多模态配准：多模态配准涉及多种类型的数据，如结构化影像数据和功能影像数据。
这类配准方法需要同时考虑多种类型的数据特征，以实现准确的配准。
6. 刚体配准与非刚体配准：刚体配准只考虑平移和旋转变换，而不考虑尺度和变形。
非刚体配准则允许尺度和平移变换，能够更好地处理复杂的解剖结构变化。
7. 交互式配准与自动化配准：交互式配准依赖于操作者的输入来指导配准过程。
自动化配准则尽量减少人为干预，通过算法自动完成配准。
8. 开放源代码与商业软件：配准方法还可以根据所使用的软件工具进行分类，分为开放源代码的工具和商业软件。
开放源代码的工具如ITK、OpenCV等，提供了灵活性和可定制性。
商业软件如MIM Software、Analyze Software等，通常提供用户友好的界面和丰富的功能。
每种配准方法都有其优势和局限性，选择合适的手术配准方法需要根据实际的应用场景、所需的配准精度以及可用的资源等因素综合考虑。
光学相干弹性成像的图像处理
在基于图像灰度的配准框架下,提出联合刚体变换和B样条的图 像配准方法,实现图像由粗配准到精细配准的过程,提高配准精 度和形变测量范围。为提高计算效率,提出了多级分辨率理论和 基于随机采样的自适应搜索策略。
多级分辨率保证图像不同分辨率级别上的信息得到配准,且减少 了搜索量;基于随机采样的自适应搜索策略避免了手动修改参数, 增强了自适应性。此外,分析不同去噪方法及变换模型对配准结 果的影响,讨论分辨率级数和迭代次数对计算精度和计算速度的 影响,并得出最优的参数设定。
利用图像配准结果,计算组织的位移量,根据纵向位移量得到组 织的应变估计,进而评估组织硬度。实验结果表明,基于图像配 准的OCE弹性成像方法可以估计组织应变,具有较好的临床应用 潜力。
但OCE的图像处理方法仍处于起步阶段,现有的散斑追踪法计算 时间长、测量范围小,相敏检测法稳定性差。因此,本文提出一 种基于图像配准的OCE弹性成像方法。
本文分为OCE图像的获取,图像的噪声分析和去除,弹性成像算法 及算法实现四部分。利用静态施压,获得明胶仿体的OCE图像,分 析OCE系统噪声,提出对应的去噪方法,并利用三种图像质量评估 标准对不同方法的去噪效果进行比较。
光学相干弹性成像的图像处理
生物组织的病理改变常伴随着组织弹性的变化。弹性成像方法 能准确量化组织弹性信息,因而可确定病变的位置,量化分析病 变的性质,为成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT) 具有微米级分辨率,可非接触、无损伤地对活体进行三维成像。 基于OCT的光学相干弹性成像技术(Optical Coherence Elastography,OCE)因具有高分辨率、无损伤的优点,有广泛的 应用前景。
医学影像中的图像配准技术使用方法研究
医学影像中的图像配准技术使用方法研究医学影像配准技术是一种将多幅或多种医学影像图像对齐在一起的过程，旨在提高影像的质量和准确性，同时为医生提供更全面的信息。
这项技术在医学诊断和治疗规划中起着至关重要的作用，可以帮助医生更好地理解患者的病情和选择合适的治疗方案。
本文将介绍医学影像配准技术的使用方法及其研究进展。
首先，医学影像配准技术主要有两种类型：刚性配准和非刚性配准。
刚性配准是指通过平移、旋转和缩放等刚体变换，将不同影像之间的共同区域对齐。
刚性配准适用于不涉及明显的形变的图像，例如骨骼影像。
非刚性配准则可以捕捉到影像中的形变，并通过弹性形变等方法将图像对齐。
非刚性配准适用于需要考虑组织变形的情况，例如脑部影像。
其次，在医学影像配准技术中，常用的方法包括特征提取、特征匹配和变换模型。
特征提取是指从图像中识别出具有代表性的特征点或特征区域。
这些特征可以是图像的边缘、角点、纹理等。
特征匹配是将两个或多个图像的特征点或特征区域进行对应，以找到它们之间的关联。
匹配过程可能需要考虑到不同图像之间的旋转、平移、尺度变换以及变形等因素。
最后，变换模型是为了实现图像之间的配准，将一个图像转换到与之对应的另一个图像的位置，通常采用线性或非线性的变换模型来描述图像间的变换关系。
在医学影像配准技术的研究中，有许多先进的方法被提出，以改善配准的精度和鲁棒性。
其中，基于特征的方法是最常用的技术之一。
该方法通过提取图像中的特征并将其匹配，以确定两个图像之间的对应关系。
在特征匹配时，通常会使用基于描述子的方法，例如SIFT、SURF和ORB等算法，这些算法具有旋转不变性和尺度不变性，能够匹配不同尺度和角度的特征点。
同时，结合RANSAC等方法可以去除匹配错误的特征点，提高匹配的准确性。
另外，深度学习技术在医学影像配准中也得到了广泛的应用。
深度学习方法通过训练神经网络来学习特征提取和匹配的过程，具有自动学习和适应性强的特点。
其中，卷积神经网络（CNN）被广泛用于医学影像配准任务中。
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摘 要 ： 出 了一 种 Ｂ样 条 插 值 函 数 结合 图像 特 征 标 记 的人 脑 ＭＲ 图像 非 刚体 配 准 方 法 。 图像 的特 征 标 记 选 取 图 提 像 的 内外 部轮 廓 来描 述 ， 目标 和 源 特征 之 间 的 对 应 关 系通过 距 离图 来 自动 获得 。形 变过 程 采 用 Ｂ样 条 曲 面 函数 插 值 来完 成 。通 过 多级 Ｂ样 条 插 值 方 法 ， 先全 局 计 算后 局 部 细化 的 方 法 来逐 步优 化 形 变 结果 。实验 表 明 ， 算 即 该 法 在 不 失 准 确 度 的 前提 下 ， 具备 较 快 的计 算速 度 。
条 函数［ 的 方 法 ； 于 Ｂ样 条 插 值 函数 的方 法 ［ ４ ］ 基 ５ ］
引
言
等 。其 中基 于 Ｂ样条 函数 的方 法 利用 了 Ｂ样条 函
数 良好 的局部性 质来 针对 局部做 更佳 逼 近 ， 免 了 避 图像配 准 在 临床 诊 断 、 多模 态 图像 融 合 、 手术
文 章 编 号 ：０ ４９３ （０ ７ Ｏ—０ ８０ １０ —０ ７ ２０ ）１０ ７ —６
基 于 Ｂ样 条 插 值 函数 的人 脑 ＭＲ 图像 非 刚体 配 准 方 法
荣 成 城 周 健 罗 立 民
（ 南 大 学 生 物 科 学 与 医 学 工 程 学 院 ， 京 ，１ ０ ６ 东 南 ２０９）
维普资讯
第 ２ 卷
集
与
处
理
Ｖ ｏ ．２ ｏ １ ２ Ｎ ．１
Ｍ ａ ． ２０ ７ ｒ ０
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｔ ｑ ｉｉ ｏ ＆ Ｐｒ ｃ ｓｉｇ ｏ ｒ ａ ａＡｃ ｕｓｔ ｎ ｏ Ｄａ ｉ ｏ ｅ ｓｎ