基于空间加权互信息的非刚性医学图像配准-论文.pdf

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1、第31卷第9期计算机应用与软件V01．3lNo．92014年9月ComputerApplicationsandSoftwareSep．2014基于空间加权互信息的非刚性医学图像配准王腾飞杨艳(武汉大学物理科学与技术学院湖北武汉430072)摘要互信息作为相似性测度标准在医学图像配准领域应用广泛，尤其是在刚性配准研究中，能实现较高配准精度和非常稳健的配准效果。然而由于非线性形变的复杂性，在非刚性配准领域，对基于互信息的配准方法进行深入研究势在必行。提出的方案采用基于B样条的自由变换模型模拟医学图像中解剖

2、结构的非线性形变，同时根据变换模型，考虑空间信息对配准效果的影响，以空间加权的方式对互信息方法进行改进。使用对大规模参数优化效果较好的LBFGS方法对配准参数进行优化，编程实现程序，并通过实验对效果进行验证和分析。实验结果显示，该方案配准精度明显优于传统的互信息方法。关键词非刚性互信息B样条自由变换空间加权中图分类号TP391．41文献标识码ADOI：10．3969／j．issn．1000—386x．2014．09．053NoN．RIGIDMEDICALIMAGEREGISTRATIoNBASEDoN

3、SPATIALWEIGHTMUTUALINFoRMATIoNWangTengfeiYangYan(CollegeofPhysicsScienceandTechnology，WuhanUniversity，Wuhan430072，Hubei，China)AbstractAsthesimilaritymetriccriterion，mutualinformationiswidelyusedinmedicalimageregistrationfield，inparticular，inrigidregistr

4、ationresearch，itshigheraccuracyandgoodrobustnessinregistrationeffecthavebeendemonstrated．However，duetothecomplexityofnonlineardeformation，theregistrationmethodsbasedonmutualinformationmustbethoroughlystudiedwhenusedinnon—rigidregistrationarea．Themethodw

5、eproposedinthisarticleusesB—splinebasedfree—formdeformationmodeltosimulatenonlineardeformationofanatomicalstructureinmedicalimage，andmeanwhileaccordingtothisdeformationmodel，andtakingtheinfluenceofspatialinformationonregistrationeffectintoconsideration，

6、weimprovethemutualinformationmethodinthewayofspatialweight，andapplyLBFGSmethod，whichhasgoodeffectinlargescaleparametersoptimisation，tooptimisingtheregistrationparameters，weimplementtheprogramthroughprogramming，andvalidateandanalysetheeffectbyexperiments

7、．Experimentalresultsshowthattheproposedschemeobviouslyoutperformsthetraditionalmutualinformationmethodinregistrationaccuracy．KeywordsNon-rigidMutualinformationB-splineFree-formdeformationSpatialweight分别进行配准是最基本的空间信息引入方式之一，采用这种方0引言式的配准方法效果要明显优于基于全局互信息的配准

8、方法⋯。然而，引入空间互信息的方式并不仅限于此，Studholme等在文医学影像技术为各种疾病的诊断和治疗提供必要的信息依献[2]中将空间位置信息作为与参考图像和浮动图像地位等同据，因而在临床诊断中应用广泛。在医学领域，图像配准是指对的第三维信息引入到图像配准中，提出基于区域互信息RMI在同一生理解剖区域(或者近邻的区域)不同时间点或者采用(RegionMutualInformation)的配准方法，Loeckx等在文献[3]中不同模式获取的两幅图像通过