[发明专利]多模态图像配准方法及基于多模态图像配准的手术导航方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种多模态图像配准方法及基于多模态图像配准的手术导航方法。

【背景技术】

现有技术中，国内介入导航系统主要针对骨骼和脑科手术，以及多基于超声影像的配准。由于骨骼的刚性特点，使术前影像和病人之间的配准比较容易通过骨骼上的标志点完成刚性配准，也能达到比较好的治疗精度。但对于肝脏等软组织的外科手术，因为呼吸或手术器械的作用，无可避免地会造成肝脏的位移和变形。此时，基于特征点的刚性配准就不再适用了。而且一般的超声图像噪声大和边缘不清晰，由于超声图像的成像技术局限，基于超声的高精度图像配准方法尚处于研究阶段。而且配准速度是针对肝脏等易变形组织的弹性配准技术的技术重点、难点。

因此，目前的介入导航系统在配准的实时性、提供三维图像信息、手术路径规划和导航精确性等方面均有所欠缺。由于不同的影像设备采用不同的成像方法采集图像，每种成像原理只能有效地反映某种器官的信息，例如CT能清晰显示人体骨骼，而MRI设备则有利于显示软性组织。目前还没有一种成像技术能够全面地获取人体器官信息，且快速准确的将各种器官信息的图像配准。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种快速准确的多模态图像配准方法。

一种多模态图像配准方法，包括以下步骤：

将参考图像和待配准图像按照第一采样比例进行采样获取具有第一分辨率的参考图像和待配准图像；

采用B样条曲面作为变形模型对所述具有第一分辨率的参考图像和待配准图像进行配准、计算配准测度并获得第一配准参数；

增大采样比例重复上述步骤直至配准测度达到预设阈值；其中，每次增大采样比例后进行配准时均以上一次的配准参数为初始配准参数。

优选地，所述对参考图像和待配准图像按照采样比例进行采样的步骤具体包括：

将所述参考图像和待配准图像的像素灰度值进行归一化；

以采样比例对256个灰度级进行采样。

优选地，采样及配准的步骤重复1次，其中，根据参考图像及待配准图像的分辨率设置第一采样比例及重复采样比例。

优选地，采样的方法采用如下方式之一：随机采样、等间隔采样以及金字塔分层采样。

优选地，针对配准优化算法采用梯度下降算法，设置第一采样及重复采样的搜索步长、收敛条件中的松弛因子、最大迭代次数、B样条曲面大小。

优选地，所述计算配准测度的步骤中：

采用归一化的互信息值作为配准测度。

优选地，配准测度达到预设阈值时，将所述参考图像与待配准图像进行绝对配准，其中在绝对配准中定义B样条控制网格。

此外，还有必要提供一种快速准确的基于多模态图像配准的手术导航方法。

一种基于多模态图像配准的手术导航方法，用于根据术前CT图像建立的三维图像和术中的核磁共振图像进行配准后的手术导航，包括如下步骤：

采用数字影像重建技术对术前CT图像进行重建得到DRR(digitally reconstructed radiography，数字重建图像)图像；

将DRR图像与术中的核磁共振图像进行配准并不断改变DRR图像在模拟X射线成像设备中的空间位置参数，获得空间位置参数不同时的配准测度；

通过优化算法搜索出配准测度到达阈值时的空间位置参数即为DRR图像在模拟X射线的空间定位参数；

获取DRR图像与术中的核磁共振图像相似度最大时的欧拉转换参数作为将术前的CT图像数据转换到核磁共振图像的坐标转换参数；

根据所述坐标转换参数结合所述术前CT图像和术中的核磁共振图像进行手术导航；

其中，所述将DRR图像与术中的核磁共振图像进行配准的步骤包括：

对DRR图像和术中的核磁共振图像按照第一采样比例进行采样获取具有第一分辨率的DRR图像和术中的核磁共振图像；

采用B样条曲面作为变形模型对所述具有第一分辨率的DRR图像和术中的核磁共振图像进行配准、计算配准测度并获得第一配准参数；

增大采样比例重复上述配准步骤直至配准测度达到预设阈值；其中，每次增大采样比例后进行配准时均以上一次的配准参数为初始配准参数。

优选地，所述对DRR图像和术中的核磁共振图像按照第一采样比例进行采样获取具有第一分辨率的DRR图像和术中的核磁共振图像的步骤具体包括：

将所述DRR图像和术中的核磁共振图像的像素灰度值进行归一化；

以所述第一采样比例对256个灰度级进行采样。