三维医学图像刚体配准

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要随着医学影像技术的快速发展，出现了多种类型的医学影像设备。由于各种影像设备各有所长，因此综合使用，即图像信息的融合就成为迫切的需求。自二十世纪八十年代起，作为医学图像信息整合的关键技术，医学图像配准成为了主要的研究热点。三维立体化成为影像设备发展的一种大的趋势。本文以三维医学图像的刚体配准为主要研究对象，采用先“粗配准”，再“细配准”的混合配准方法对三维医学图像进行刚体配准：首先采用基于主成分分析(PrincipalComponentAnalysis,PCA)的配准算法计算三维图像之间的近似变换，对图

2、像进行粗配准；然后再利用采用Harris算法所提取的三维角点特征运用改进的最邻近点迭代法(InterativeClosestPoint，ICP)对参考图像和浮动图像的角点点云进行配准，寻找最优变换参数；最后对浮动图像实施空间变换，使其与参考图像达到主要解剖结构在空间上的一致。在配准过程中，本文采用速度和效果兼顾的双线性插值插值算法。对于最邻近点迭代法，本文采用了kd-Tree对其进行了改进，大大提高了运算速度。为了验证本文所研究方法的有效性，我们采用各种类型的二维图像和三维图像进行了实验。二维实验部分对存在旋转、尺度变化和不同噪

3、声的图像进行了配准实验，并采用多种方法进行评估；三维试验分别对点云数据、模拟数据体和实际数据进行配准和结果评估。大量试验结果证明本文的方法具有配准精度高、鲁棒性好等优点，是一种稳定可靠的自动配准方法。关键词：三维刚体图像配准，角点检测，最邻近点迭代法，主成分分析，kd树I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmedicalimagingtechnology,manydifferentmedicalimagingequipmentsweredeveloped.Differentm

4、edicalimagingequipmentshavedifferentadvantagesandshortcomings,whichmakeiturgenttointegratethoseimagesobtainedbydifferentimagingequipment.Asthekeytechnologyinimagefusion,imageregistrationbecomesoneofthehotresearchtopicsin1980s.3Disthedevelopingtrendinmedicalimaging.In

5、thisthesis,3Dmedicalimageregistrationwasstudied.Amixedregistrationapproachwhichincludesthecoarseregistrationinthefirststepandfineregistrationinthesecondwasadoptedforrigidregistrationofthreedimensionalmedicalimages:firstly,calculatetheapproximatetransformationbetween3

6、DimagesbasedonPCAtoperformthecoarseregistration.Cornerpointswerethendetectedusing3DHarrisalgorithm.Then,themodifiedICPalgorithmwasadoptedtomatchthecornerspointcloudofreferenceimageandfloatimagetofindthebesttransformationparameters.Finally,transferthefloatimagebyusing

7、thetransformationdeterminedandcompareitwiththereferenceimage.Inexperiment,abilinearinterpolationwaschosenforthecompromisingofspeedandeffeteness.kd-TreewasappliedtomodifytheICPalgorithm,whichgreatlyincreasedthespeedfortheregistration.Inordertodemonstratethefeasibility

8、ofouralgorithm,2Dimagesand3Dimageswereusedinourexperiments.Forthe2Dcases,thimageswithrotation,scalechangeanddifferentnoisewereusedi