一种利用互信息的多核并行医学图像配准算法

分析了利用互信息作为相似性测度进行医学图像配准的算法,给出了具体计算流程.针对其中互信息计算量大、耗时长的缺点,提出了一种运行于单机多核平台的快速并行配准算法.利用OpenMP(open multi-processing)构建了一个图像匹配的多核并行计算平台,并对配准程序中的互信息计算进行并行处理,最后完成配准.通过对图像匹配算法效率进行的评估实验,验证了多核并行计算技术能够提高医学图像配准的运行效率.结果表明,该方法既保证了配准精度,又能够较好解决配准速度慢的问题.     

面向三维人体重建的前、后片配准算法

针对传统三维图像配准算法需要获取目标物体多个模型数据的不便,以及三维重建过程耗时较长的不足,提出了一种基于三维人体表面前、后片模型的配准算法.该算法首先使用Kinect三维扫描设备获取的人体表面前、后片模型点云数据,作为配准过程的参考点集和目标点集;然后,选取前、后片模型的边缘轮廓信息作为配准特征点,通过迭代优化过程,使得前、后片能够较好地配准;最后,通过空间曲线插值方法填充模型边缘缝隙,得到完整的三维人体模型.试验结果表明,该算法只需要获取目标物体的前、后片三维数据,模型采集及配准效率高,配准精度好,即使针对初始位置相差较大的两个模型片也能得到准确的配准效果.     

基于互信息和混合优化算法的多模医学图像配准

针对互信息函数的多极值问题,提出了一种基于混合优化算法的多模医学图像配准方法.对于多模医学图像,以互信息作为相似性测度,使用混合优化算法搜索出最佳配准变换参数,将待配准图像进行变换,从而达到配准的目的.实验表明,该算法能避免陷入局部最优值,配准结果精度达到亚像素级.     

基于互信息非刚性医学图像配准的方法

提出了一种基于互信息的对非刚性三维医学图像进行弹性配准的方法．用２Ｄ联合直方图法计算两幅图像重叠部分的图像灰度之间的互信息,使之最大化,从而实现两图像之间的全局仿射配准．然后将两幅图像的重叠部分均分成互为重叠的体积子块,再最大化每对对应体积子块图像灰度之间的互信息,实现每对对应子块的局部刚体配准,并将每个子块的中心作为一一对应的控制点．利用这些均匀分布的控制点对结合薄平板样条插值法实现图像的全局非刚性弹性配准．实验结果表明,该算法可以有效地实现三维图像全局弹性配准,但计算时间较长．     

融合梯度信息的最小生成树医学图像配准

针对传统的均匀子采样的最小生成树配准方法对采样率敏感,导致配准鲁棒性降低的问题,提出了一种融合梯度信息的最小生成树医学图像配准算法.该算法首先提取均匀子采样点集,并在此基础上构造最小生成树;然后使用最小生成树来估计Rényi熵;最后将图像间的边缘梯度信息融入到配准框架中.通过在公共数据集RREP上,与传统的基于均匀子采样的最小生成树配准算法和基于归一化互信息配准算法相比,提出的算法在达到良好配准精度的同时,具有更平滑的配准函数和较强的鲁棒性.     

一种医学图像弹性配准方法

针对肝脏和肺部器官在图像配准中特征获取准确度有限性,本文提出了一种机器和人工结合提取特征点的医学图像非刚性配准方法。依据器官中血管形状形成的树状图,使用联合图算法对树状图初步配准后自动提取出特征点,与手工选择的具有解剖意义的点共同构成特征点集。以两幅图像间的互信息作为图像配准测度函数。以确定性退火算法迭代求解最优化配准变换函数。实验证明,该算法能匹配图像的整体结构信息和图像中感兴趣的生理解剖位置,具有很强的鲁棒性。     

基于改进多尺度ASM和非刚性配准的4D-CT左心室分割

64排及以上多层螺旋CT(MSCT)能提供含有时间信息的四维CT成像数据,可用于动态心、肺等功能的分析.为此提出了基于改进的多尺度ASM和非刚性配准的分割方法,从心脏MSCT四维数据集中提取左心室腔和心肌.该方法根据MSCT层片间的特点,采用改进的特征点标记方法对收缩末期的左心室进行形状建模,在基于改进的模型定位和搜索算法基础上,运用多尺度ASM算法实现三维数据集上的分割.通过互信息量的Demons非刚性配准方法,利用膨胀末期的分割结果实现对其余心相上的左心室配准分割.在256排MSCT四维心脏数据集上的实验表明,该方法对血腔的分割结果和手工分割结果的平均相似度在95%以上,心肌的平均相似度在88%以上.     

基于光学相干层析图像的眼底黄斑部三维重建

基于眼底黄斑部光学相干层析(OCT)图像提出一套建立视网膜局部三维模型的方法,并为实现三维OCT临床诊断技术进行前期探索.本文以梯度结合数学形态学的方法分割图像,采用基于互信息的配准算法进行图像配准,并设计了一种改进的线性插值算法进行片层间插值,最后用体绘制方式重建出眼底黄斑部三维模型.基于上述方法在PC机上成功构建出视网膜黄斑部三维模型.该模型外观平滑,较为精确,为临床应用奠定了基础.     

一种用于多模态心脏图像配准的统计形状模型构建方法

统计形状模型构建的关键在于训练集样本形状的构造和形状特征点的自动提取.针对多模态心脏图像的配准问题,提出了一种统计形状模型的构建方法.模型的构建过程主要通过图谱标签图像训练集的建立、模板标签图像形状特征点的提取和模板形状到待标记图谱形状特征点的自动传递来完成.并在此构建方法的基础上,建立左心室统计形状模型引导多模态图像配准过程.为评估构建方法的有效性,使用心脏CT和MR图像数据集进行多模态配准实验验证.结果表明,基于统计形状模型约束的方法较仅靠互信息的方法在配准精度上有明显提高.     

改进的人工鱼群算法和Powell法结合的医学图像配准

针对目前基于互信息图像配准的局部极值问题,提出了一种改进的人工鱼群算法和Powell算法结合的多分辨率医学图像配准算法.该算法采用新的相似性测度方法即归一化模糊加权互信息和归一化局部能量加权匹配度,利用多分辨率策略采用HPV插值,并采用改进的人工鱼群算法结合Powell算法完成医学图像的配准.采用改进的人工鱼群算法在图像的最低分辨率上进行全局优化,以全局最优值为初始值,结合Powell算法完成图像配准.这不仅基本解决了互信息函数和Powell算法的局部极值问题,还减少了数据的处理量,加快了配准速度.实验结果表明,文中算法与其他经典的配准算法相比,提高了配准的精确度和性能.     

一种改进的A-KAZE算法在图像配准中的应用

针对现有图像配准过程中难以保持图像的局部精度和边缘细节的问题,在A-KAZE算法的基础上提出了一种改进的图像特征提取算法AKAZE-ILDB.该算法首先利用非线性扩散滤波方程构造图像金字塔,采用快速显示扩散(FED)求得数值解,得到具有亚像素精度的图像特征点坐标;然后利用改进的LDB(ILDB)描述子构造具有尺度和旋转不变性的图像特征向量,对特征向量采用汉明距离进行KNN匹配;最后基于仿射变换模型计算空间映射参数矩阵来实现图像配准.实验结果表明:在保持相同图像特征匹配正确率的情况下,AKAZE-ILDB算法比A-KAZE算法平均配准时间缩短了300 ms;在配准精度方面,比A-KAZE算法提高了3.7%,比传统特征提取算法SURF匹配正确率提高了29%.     

基于无监督学习的三维肺部CT图像配准方法研究

三维肺部电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)图像非刚性配准是医学图像配准领域中最重要的任务之一.但是,肺部组织受呼吸运动影响而产生的非线性形变与大尺度位移给三维肺部CT图像的非刚性配准带来巨大挑战.针对这一难题,设计开发了一种基于无监督学习端到端的配准方法.通过改进现有U-Net神经网络结构,在跳接之间引入Inception模块,充分融合多尺度深层特征生成高精度的稠密位移向量场.为保证位移向量场光滑,在损失函数中加入雅可比正则化项,以达到训练中显式惩罚位移向量场中奇点的目的.另外,为缓解现有公开数据资源有限导致的过拟合问题,提出了一种基于三维薄板样条(3D-thin plate spline,3D-TPS)变换的数据增强方法实现对训练数据的扩充,将具有60套三维肺部CT图像的训练数据集EMPIRE10扩充为6 060套以满足卷积神经网络训练的需要.设计验证实验,通过与基于学习的Voxelmorph方法和两个包含传统方法配准工具包ANTs和Elastix进行比较.实验结果表明:在公开可用的DIR-Lab 4 DCT数据集上,所提出的方法在目标配准误差(tar...     

基于加权运动平均的多视角点云鲁棒配准方法

本文提出一种基于加权运动平均的多视角点云配准方法,有效提高了多视角点云配准的效率和精度.首先,通过双视角点云配准算法得到点集的相对运动集;提出一种分层渐进式点云配准初值确定方法,该方法计算运动关系图中三视匹配元一致性度量,逐步挑选最为可靠的匹配元进行顶点初值化与顶点扩展,有效避免了因所选初值与真值偏差较大导致加权运动平均效果不佳的问题;依据上述方法确定配准初值,并根据该初值判断双视角匹配结果的可靠性,以剔除相对运动集内包含的外点,最后将剔除外点后的原始相对运动集的内点子集作为加权运动平均算法输入的相对运动集.以斯坦福公开数据集为对象开展了对比实验,基于双视角配准算法分别获得了4个测试点集在30%、25%和20%双视角点云重叠率阈值下的双视角配准结果,共形成12组相对运动集.其中,相对运动集误差随重叠率阈值的下降逐渐增加.所提方法在12组运动集上均获得了最佳的配准结果,证明了本文所提出方法在提高加权运动平均方法计算精度与效率方面的有效性.此外,当运动集包含大量外点时,采用本文所提方法仍能获得较为准确的配准结果,证明了本文所提方法的强鲁棒性.     

基于自由曲面的点云配准算法

为了提高自由曲面工件的配准效率,提出了一种基于共面4点集的RANSAC初始配准算法和改进的迭代最近点(ICP)精确配准算法相结合的2步配准方法.首先,在基于RANSAC算法的机制上,通过点间距离和比例关系寻找2片点云的共面4点集,利用共面4点集这一不变量来约束RANSAC算法提取的样本,使点云经过初始配准后得到一个较好的初始位置;然后在基于原始ICP算法的基础上作出相应的改进,对点云初配结果进行优化,使得点云之间的配准误差达到最小,以实现点云的精确配准;最后,对2组简单工件的CAD曲面点云模型进行配准仿真.结果表明:该算法相对于传统ICP算法运行时间减少48%,精度提高56%,能够满足配准要求.     

基于局部结构张量-互信息的多模态图像配准

互信息测度仅考虑了图像全局一致的灰度统计特性而忽略了空间结构信息和图像灰度统计的局部性特点.为克服以上缺点,提出了一种基于局部结构张量-互信息新测度的配准方法.所提出的新测度充分考虑了图像邻域的结构信息,将结构越强的位置赋予较大的度量值,使得全局极值的区别性加强,减少了配准过程中陷入局部极值的风险,提高了配准成功率,增强了配准的鲁棒性.采用模拟脑图像和临床图像进行了配准试验,结果表明,与基于互信息和局部互信息的配准方法相比,该方法配准成功率平均提高了50%以上,配准鲁棒性显著增强.     

加快寻优的医学图像互信息配准算法的研究

为了实现多模态医学图像的配准融合,提出一种加快寻优的医学图像互信息配准算法实现CT和MR图像的配准.该算法首先使用形态学方法提取图像的边界,再用力矩主轴法算出浮动图像进行刚性变换的初步平移量和旋转量,然后以此作为互信息法的初始参数进行寻优,找出最佳变换,实现CT和MR医学图像的自动刚性配准.该方法计算简单、运算量少.利用该配准算法实现融合的结果图像经过临床医生检验,认为达到临床诊断的要求,能辅助临床医生对疾病做出正确的诊断.     

弹性的二维医学图像配准算法

提出了一个弹性二维医学图像配准算法,该算法将基于像素浓度值配准算法和基于特征点的配准算法相结合,采用自动的特征点定位算法,使用薄板样条算法来提高配准的精度,从而可以对二维医学图像进行自动、准确的配准。首先,用基于像素浓度值的全局仿射配准实现对鲁棒配准的初始估计;然后,通过使用基于特征点的迭代配准算法,使得全局仿射配准结果在第2步配准算法中得到进一步的细化而使其配准结果具有更高的准确性。对二维PHANTOM图像的实验结果表明,该算法具有鲁棒性。     

基于改进型互信息的遥感图像配准方法

互信息作为图像配准的相似性测度函数,同等程度地包含了待配准图像重叠区域中感兴趣信息和冗余信息。本文将图像中感兴趣区域的互信息引入到图像相似性测度函数中,给出一种互信息和感兴趣区域互信息相结合的新的图像配准相似性测度函数,再基于该测度函数实现对遥感图像的配准。实验结果表明本文算法在提高配准精度上的有效性。     

基于图像分割的视网膜血管图像配准研究

利用不同波长的视网膜图像可以对视网膜血管血氧饱和度进行计算,但需进行配准处理.提出一种基于视网膜图像血管分割的互信息图像配准方法.为了充分利用血管的轮廓信息和灰度信息,提高配准精度,首先对配准图像进行图像分割,提取视网膜图像中的血管轮廓信息;然后对分割后图像中的血管进行相似度计算,并采用Powell优化算法中的黄金分割法一维搜索算法来提升运算速度;最后根据计算的相似度值来完成不同波长图像的配准.研究中算法配准获得变换参数(角度、X方向、Y方向)的误差的均值分别为2.00%、2.53%和2.52%,误差的方差分别为0.57、2.09和0.34,均优于直接互信息配准方法.实验表明:算法可以自动、有效地对不同波长的视网膜血管图像进行配准,并具有良好的可重复性和稳定性.     

改进的基于最大归一化互信息的医学图像配准算法

作者提出了一种基于最大归一化互信息的医学图像配准算法.该算法利用改进的部分体积插值法进行插值计算,有效地克服了图像配准中常见的局部极值问题.该算法利用最大互信息作为目标函数,POWELL优化搜索算法搜索一个最大互信息量从而获得最佳配准参数.实验证明,该算法计算简单,配准速度快,具有更好的精确性和鲁棒性.