一種圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種圖像配準(zhǔn)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)是指對(duì)于一幅醫(yī)學(xué)圖像尋求一種(或一系列)空間變換，使它與另一 幅醫(yī)學(xué)圖像上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)達(dá)到空間上的一致。運(yùn)種一致是指人體上的同一解剖點(diǎn)在兩張匹配 圖像上有相同的空間位置。配準(zhǔn)的結(jié)果應(yīng)使兩幅圖像上所有的解剖點(diǎn)，或至少是所有具有 診斷意義的點(diǎn)及手術(shù)感興趣的點(diǎn)都達(dá)到匹配。
[0003] 對(duì)于在不同時(shí)間或/和不同條件下獲取的兩幅圖像配準(zhǔn)，就是尋找一個(gè)映射關(guān)系 P，使圖像1上的每一個(gè)點(diǎn)在圖像2上都有唯一的點(diǎn)與之相對(duì)應(yīng)。并且運(yùn)兩點(diǎn)應(yīng)對(duì)應(yīng)同一解剖 位置。映射關(guān)系P表現(xiàn)為一組連續(xù)的空間變換。
[0004] 圖像配準(zhǔn)按成像的模式分類可W分為：
[0005] --單模:待配準(zhǔn)的兩幅圖像是用同一種成像設(shè)備獲取的；
[0006] --多模:待配準(zhǔn)的兩幅圖像來源于不同的成像設(shè)備。
[0007] 圖像配準(zhǔn)的一般步驟為:特征提取、特征匹配、估計(jì)變換模型、圖像重采樣及變換。 變換模型是所有配準(zhǔn)技術(shù)中需要考慮的一個(gè)重要因素，各種配準(zhǔn)技術(shù)都要建立自己的變換 模型，變換模型的選取與圖像的變形特性有關(guān)。常用的變換模型有剛性變換、仿射變換、投 影變換、非線性變換。
[000引剛性變換保持了圖像中任意兩點(diǎn)的距離不變。剛性變換分為旋轉(zhuǎn)變換和平移變 換。
[0009] 在剛性配準(zhǔn)中，特別是在多模態(tài)配準(zhǔn)情況下，待配準(zhǔn)圖像和參考圖像之間有較大 的差異，常規(guī)的配準(zhǔn)方法常常陷入局部最優(yōu)，選取不同的初始點(diǎn)時(shí)，將獲得多種配準(zhǔn)結(jié)果， 且運(yùn)些結(jié)果之間存在較大差異，配準(zhǔn)的成功率具有隨機(jī)性。
[0010] 對(duì)于陷入局部最優(yōu)的問題，通常采用隨機(jī)大量嘗試初始點(diǎn)的方式來應(yīng)對(duì)，選取評(píng) 價(jià)效果最好的結(jié)果作為最優(yōu)的結(jié)果，該方法計(jì)算量大，配準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)。
[0011] 此外，配準(zhǔn)的效果多用均方根誤差來予W評(píng)價(jià)，當(dāng)使用其他的評(píng)價(jià)目標(biāo)來評(píng)價(jià)配 準(zhǔn)的效果時(shí)，常規(guī)的配準(zhǔn)方法難W獲得在該評(píng)價(jià)目標(biāo)下的最佳位置配準(zhǔn)。因此，需要一種配 準(zhǔn)方法能夠?qū)崿F(xiàn)在特定的評(píng)價(jià)目標(biāo)下的最佳位置配準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種圖像配準(zhǔn)方法，該方法使用遺傳算法 迭代更新旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)旋轉(zhuǎn)角度有較強(qiáng)的全局捜索能力，能夠減小因初始點(diǎn)的選取而陷入 局部最優(yōu)的幾率;且該方法允許設(shè)定任意類型的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)，并且使用該評(píng)價(jià)目標(biāo)來引 導(dǎo)后續(xù)的迭代過程，使用不同的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)，能夠獲得在該目標(biāo)下最佳的位置配準(zhǔn)結(jié)果。
[0013] 本發(fā)明的方法包括W下步驟：
[0014] S1、建立旋轉(zhuǎn)角度種群，所述旋轉(zhuǎn)角度種群包括多個(gè)角度；
[0015] S2、W所述旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)角度為旋轉(zhuǎn)角度對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì) 每個(gè)旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像與參考圖像進(jìn)行平移變換配準(zhǔn)；
[0016] 根據(jù)預(yù)設(shè)的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)對(duì)每次平移變換配準(zhǔn)的結(jié)果進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，篩選出累計(jì) 效果評(píng)價(jià)中最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)及與所述最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度和平移量；
[0017] S3、判斷是否滿足預(yù)定的終止條件，若是，則輸出與所述最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)的旋 轉(zhuǎn)角度和平移量;若否，則更新步驟S2中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群，并根據(jù)更新后的旋轉(zhuǎn)角度種 群執(zhí)行步驟S2。
[0018] 進(jìn)一步地，所述效果評(píng)價(jià)目標(biāo)為Gamma通過率、均方根誤差或交叉賭。
[0019] 進(jìn)一步地，還包括預(yù)處理步驟。所述預(yù)處理步驟可W在步驟S1之前，也可W在步驟 S1與步驟S2之間。
[0020] 進(jìn)一步地，所述預(yù)處理步驟包括調(diào)整待配準(zhǔn)圖像的分辨率，使待配準(zhǔn)圖像的分辨 率與參考圖像的分辨率相同。
[0021] 進(jìn)一步地，所述預(yù)處理步驟包括對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行降噪處理。所述降噪處理可W 采用高斯濾波的方法。
[0022] 進(jìn)一步地，所述預(yù)處理步驟包括：自動(dòng)選取配準(zhǔn)區(qū)域。
[0023] 進(jìn)一步地，所述自動(dòng)選取配準(zhǔn)區(qū)域包括：
[0024] 使待配準(zhǔn)圖像的圖像矩陣與參考圖像的圖像矩陣的中屯、點(diǎn)重合，在待配準(zhǔn)圖像的 圖像矩陣中繪制一條等值線，繪制能夠包絡(luò)該等值線的矩形，W矩形覆蓋的區(qū)域作為配準(zhǔn) 區(qū)域。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟S3中的所述更新步驟S2中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群進(jìn)一步包括:使用 遺傳算法更新步驟S2中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群，其中，所述遺傳算法中父代選擇的原則是W 最近一次執(zhí)行步驟S2中的效果評(píng)價(jià)較好的個(gè)體作為父代，W所述父代產(chǎn)生的子代角度作為 更新后的旋轉(zhuǎn)角度種群。
[0026] 進(jìn)一步地，所述遺傳算法采用輪盤賭作為父代選擇算子。
[0027] 進(jìn)一步地，步驟S3中的所述終止條件至少包含W下一種：更新步驟S2中的所述旋 轉(zhuǎn)角度種群的次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值、總體運(yùn)行時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值、旋轉(zhuǎn)角度種群的均方根誤差小 于預(yù)設(shè)值、最近一次執(zhí)行步驟S2后得到的最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)與累計(jì)效果評(píng)價(jià)中的最優(yōu)的效果 評(píng)價(jià)的差值小于預(yù)設(shè)值或符合手動(dòng)停止條件。
[0028] 進(jìn)一步地，步驟S1中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群滿足高斯分布，且所述旋轉(zhuǎn)角度種群W 預(yù)設(shè)的初始旋轉(zhuǎn)角度為期望值。
[0029] 相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種圖像配準(zhǔn)系統(tǒng)，包括：
[0030] 角度種群建立模塊，用于建立旋轉(zhuǎn)角度種群，所述旋轉(zhuǎn)角度種群包括多個(gè)角度；
[0031] 平移配準(zhǔn)模塊，用于W所述旋轉(zhuǎn)角度種群中的每個(gè)角度為旋轉(zhuǎn)角度對(duì)待配準(zhǔn)圖像 進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)每個(gè)旋轉(zhuǎn)后的待配準(zhǔn)圖像與參考圖像進(jìn)行平移變換配準(zhǔn)；
[0032] 根據(jù)預(yù)設(shè)的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)對(duì)每次平移變換配準(zhǔn)的結(jié)果進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，篩選出累計(jì) 效果評(píng)價(jià)中最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)及與所述最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度和平移量；
[0033] 判斷模塊，用于判斷是否滿足預(yù)定的終止條件，若是，則輸出與所述最優(yōu)的效果評(píng) 價(jià)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度和平移量;若否，則更新平移配準(zhǔn)模塊中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群，并根據(jù)更 新后的旋轉(zhuǎn)角度種群執(zhí)行平移配準(zhǔn)模塊。
[0034] 進(jìn)一步地，所述效果評(píng)價(jià)目標(biāo)為Gamma通過率、均方根誤差或交叉賭。
[0035] 進(jìn)一步地，還包括預(yù)處理模塊。所述預(yù)處理模塊用于調(diào)整待配準(zhǔn)圖像的分辨率，使 待配準(zhǔn)圖像的分辨率與參考圖像的分辨率相同。
[0036] 所述預(yù)處理模塊還用于對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行降噪處理。
[0037] 所述預(yù)處理模塊進(jìn)一步用于自動(dòng)選取配準(zhǔn)區(qū)域。
[0038] 進(jìn)一步地，所述自動(dòng)選取配準(zhǔn)區(qū)域包括：
[0039] 使待配準(zhǔn)圖像的圖像矩陣與參考圖像的圖像矩陣的中屯、點(diǎn)重合，在待配準(zhǔn)圖像的 圖像矩陣中繪制一條等值線，繪制能夠包絡(luò)該等值線的矩形，W矩形覆蓋的區(qū)域作為配準(zhǔn) 區(qū)域。
[0040] 進(jìn)一步地，判斷模塊中的所述更新平移配準(zhǔn)模塊中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群進(jìn)一步包 括:使用遺傳算法更新平移配準(zhǔn)模塊中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群，其中，所述遺傳算法中父代選 擇的原則是W最近一次執(zhí)行平移配準(zhǔn)模塊中的效果評(píng)價(jià)較好的個(gè)體作為父代，W所述父代 產(chǎn)生的子代角度作為更新后的旋轉(zhuǎn)角度種群。
[0041 ]進(jìn)一步地，所述遺傳算法采用輪盤賭作為父代選擇算子。
[0042] 進(jìn)一步地，判斷模塊中的所述終止條件至少包含W下一種:更新平移配準(zhǔn)模塊中 的所述旋轉(zhuǎn)角度種群的次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)值、總體運(yùn)行時(shí)間達(dá)到預(yù)設(shè)值、旋轉(zhuǎn)角度種群的均方 根誤差小于預(yù)設(shè)值、最近一次執(zhí)行平移配準(zhǔn)模塊后得到的最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)與累計(jì)效果評(píng)價(jià) 中的最優(yōu)的效果評(píng)價(jià)的差值小于預(yù)設(shè)值或符合手動(dòng)停止條件。
[0043] 進(jìn)一步地，角度種群建立模塊中的所述旋轉(zhuǎn)角度種群滿足高斯分布，且所述旋轉(zhuǎn) 角度種群W預(yù)設(shè)的初始旋轉(zhuǎn)角度為期望值。
[0044] 本發(fā)明將圖像配準(zhǔn)分為旋轉(zhuǎn)變換和平移變換兩個(gè)循環(huán)，旋轉(zhuǎn)變換作為主循環(huán)，平 移變換為子循環(huán)，子循環(huán)中包含對(duì)配準(zhǔn)效果的評(píng)價(jià)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：
[0045] 1.本發(fā)明的配準(zhǔn)方法適用于剛性配準(zhǔn)，使用角度種群的概念，W初始的旋轉(zhuǎn)角度 為期望建立滿足高斯分布的初始的旋轉(zhuǎn)角度種群，并且依據(jù)配準(zhǔn)效果評(píng)價(jià)目標(biāo)來迭代更新 角度種群，引導(dǎo)后續(xù)的迭代過程，從而獲得在配準(zhǔn)效果評(píng)價(jià)目標(biāo)下最佳的配準(zhǔn)角度和平移 量。本發(fā)明通過迭代更新旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)角度較強(qiáng)的全局捜索能力，能夠減小因初始 點(diǎn)的選取而陷入局部最優(yōu)的幾率。
[0046] 2.本發(fā)明允許設(shè)定任意類型的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)，使用不同的效果評(píng)價(jià)目標(biāo)，能夠獲 得在該目標(biāo)下最佳的位置配準(zhǔn)結(jié)果。本發(fā)明的方法適用于單模態(tài)配準(zhǔn)和多模態(tài)配準(zhǔn)，對(duì)于 圖像來源不同的多模態(tài)圖像的配準(zhǔn)，更能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。
[0047] 3.本發(fā)明對(duì)待配準(zhǔn)圖像進(jìn)行預(yù)處理，通過降噪、配準(zhǔn)區(qū)域自動(dòng)選取來提升配準(zhǔn)的 速度和準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0048] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將對(duì)實(shí)施 例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅 僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)