基于B样条的Talairach图谱与脑图像的配准与融合方法研究

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1、摘要题名：基于B样条的Talairach图谱与脑图像的配准与融合方法研究随着科技的发展，各种成像手段的应用，使得诊断和治疗发生了革命性的变化。很多情况下，医生需要把对同一个病人以多种方式得到的信息合成在一起分析，但是，在现有的成像技术下，有很多脑内部的细微结构即使在目前最清晰的MR图像上也难以分辨，但它们在外科手术治疗或放射治疗中却具有重要的意义。图谱是医生定位这些解剖结构的重要依据，但如何将图谱与实际病例的影像资料对应进行交互分析是医学图像应用的难点问题之一。本文的研究目的就是通过将脑图谱与病人脑部影像资料进行配准，实现将脑图谱与脑部影像学检查资料融合显示，帮助医生对患者

2、脑部结构全方位直观的了解，为神经外科手术提供准确、可靠的参考信息。课题选用目前为神经科学家所广泛接受的Talairach--Toumoux图谱作为标准化图谱。为了实现脑图谱与脑图像的三维配准和融合．我们首先对Talairach脑图谱进行三维插值与重建本文采用了基于轮廓线和基于等值面相结合的方法实现了Talairach脑图谱的三维重建，并给出了部分脑部功能核团的三维显示结果。为了弥补单个切片方向信息缺失的现象，本文提出了将三个方向切片信息进行融合的方法。由于，人脑结构的个体差异较大，采用简单的线性配准和仿射变换不能满足要求。本文主要研究了脑图谱与脑图像的非刚体配准方法。采用基

3、于特征的配准方法，以侧脑室表面和脑皮层外切面作为配准特征．应用基于B样条的自由曲面变形(free．formdeformation，FFD)方法进行配准，得到一个光滑的变形场，然后将此变形场应用到整个Talairach脑图谱，从而将Talairach脑图谱上的功能核团映射到脑图像上。这是本课题的重点。对于侧脑室和脑皮层表面的提取，本文采用了基于闽值分割、区域增长、腐蚀、扩张、中值滤波等方法相结合的方法。为了避免非刚体配准中出现不必要的误配现象，得到精确的配准，本文预先将脑图谱和脑图像转换到同一坐标空间中，并根据Talairach坐标系统对脑的空间划分以及由MR图像得到的，空间

4、信息，完成分段仿射变换。这样，脑图谱和脑图像间在整体上达到了一致，只是局部存在明显的失配现象。然后，再采用上面介绍的非刚体配准，使差异较大的不同个体图像之间达到配准。最后，本文就脑外科手术导航系统中脑图谱的应用进行了讨论。关键词：Talairach．Tournoux图谱非刚体配准B样条自由曲面变形AbstractTHESISTITLE；RegistrationandFusionbetweenTalairachAtlasandBrainImageBasedonB—SplinesTherehavebeenrevolutionarychangesindiagnosisandthe

5、rapywiththequickdevelopmentofelectronictechnology．UndermanycircumstancesadoctorneedtOsynthesizealltheinformationgotinseveralwaysfromthesamepatient，buttherearestillsomesmallstructuresinbraincannotbedistinguishedevenintheclearestMRI．TheseStructuresareveryimportantfortheplanningofintervention

6、andradiationtherapy．Brainatlascanprovideneurosurgeonsvaluablereferencesoftheseanatomicalstructures．Howtoanalysistheatlasandthepatient’Simagecomestoadifficultissueamongtheapplicationofmedicalimages．Thegoalofthisthesisistoregisterthestandardbrainatlasandthepatient’Smedicalimage．andrealizethe

7、fuseanddisplay,thenhelpdoctortounderstandthedeepanatomicalstructuresvisualizedandprovidetheneuresurgeonsaccuracyandreliablereferenceinformation．WechosetheTalairach-Toumouxatlasasthestandardatlas．sinceitiSwidelyusedbyneurosurgicalresearchcommunity．Toregisterand