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基于互信息的多模医学图像配准方法研究

王海南

   医学图像配准是90年代发展起来的医学图像处理领域的一个重要分支,在临床诊断与治疗等多个方面具有广泛的应用前景和实用价值。基于互信息的配准方法由于不需要进行分割等预处理,具有配准精度高、容易实现自动化等优点,成为目前研究的重点。然而该方法丢弃了大量的图像空间信息,造成互信息测度对某些模式的图像配准精度不高。本文深入研究了互信息配准方法的理论基础,提出模糊互信息配准测度,进行了实验分析,并研究了背景噪声的影响和基于互信息的三维医学图像配准实现方法。 论文的主要研究工作和创新性成果包括: (1)研究了基于互信息配准方法的理论基础,从数字图像的矩阵表示出发,提出联合灰度序偶矩阵、灰度序偶的特征矩阵等概念,并以此给出联合灰度直方图的矩阵描述,以及数字图像熵和互信息的数学描述,并重点分析了其性质及互信息配准测度存在的问题。 (2)研究了医学图像配准的灰度对应现象及其物理原因,分析了灰度对应关系的模糊特性,提出了灰度配准关系和灰度配准相关函数的概念并给出数学描述,分析了灰度配准相关函数的物理意义。 (3)在灰度配准相关函数的基础上,提出了医学图像的模糊互信息配准测度,给出了模糊互信息的数学定义,分析并证明了模糊互信息的性质;研究了图像大小及灰度级数对模糊互信息测度的影响,对模糊互信息测度进行了归一化处理,消除重叠区域变化对配准测度的影响。 (4)采用国际通用的Vanderbilt多模医学图像配准数据库,对模糊互信息测度和互信息测度进行了深入的对比实验研究,分析了模糊互信息测度的有效性、及其对不同插值算法、图像数据缺失、噪声干扰等因素的鲁棒性,并验证了模糊互信息测度的实用效果。 (5)研究了医学图像背景的灰度组成,将背景划分为单一灰度背景和噪声背景两大类,分析了不同背景类型对配准测度计算的影响,提出了一种基于二值形态学的背景噪声处理算法,通过二值化、腐蚀、膨胀等运算将噪声背景替换为单一灰度背景,改善了配准测度函数的局部极值性能,更有利于配准参数的优化。 (6)研究了三维医学图像配准的实现方法,给出了三维空间变换、基于联合灰度直方图的配准测度、以及配准参数的遗传优化的具体计算方法。设计并实现了一个三维配准实验平台,在该平台上可以对各种配准算法等进行实验验证和对比分析,并可以根据使用需要扩充各功能模块。……   
[关键词]:医学图像配准;互信息;灰度配准相关函数;模糊互信息;数学形态学
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北工业大学2006年