[发明专利]一种具有不可压缩器官的医学图像配准方法及系统

说明书

本发明提供一种具有不可压缩器官的医学图像配准方法及系统，所述方法包括：接收固定图像和待配准图像，将固定图像和待配准图像进行预配准后，获得待配准图像向固定图像配准后的本次迭代的第一速度场；根据本次迭代的第一速度场和上一次迭代获得的速度场，基于BCH公式计算获得本次迭代的第二速度场；将本次迭代的第二速度场通过霍其‑亥姆霍兹分解，通过调合场的自适应权重对调合场进行放大，将放大后的调合场与无源场叠加，获得本次迭代的速度场；将本次迭代的速度场通过指数变换进行逆变换，获得本次迭代的形变场。本发明提供的方法，使求得的形变场既具有不可压缩性还能够高精度地跟踪具有滑动位移的不可压缩器官，提高了配准精度和速度。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体地，涉及一种具有不可压缩器官的医学图像配准方法及系统。

背景技术

在临床医学领域中，针对同一病人的非刚性配准技术，可分析同一解剖结构在不同时期的变化，已广泛应用于运动分析、肿瘤跟踪检测、肝脏消融手术术后评估、监视手术区域愈合状况等。配准技术用于临床应用需考虑人体组织具有的特定的生物学特性，由于柔性组织内部含水量很高，该类组织在形变的过程中可以被视为不可压缩组织，即保持自身体积不变，例如肝脏随呼吸运动上下移动的过程中，心肌在心脏跳动的过程中，它们自身体积均不发生改变，这就需要配准求得的形变场作用于图像之后不会使图像中柔性组织区域发生体积变化，即形变场具有良好的不可压缩性。传统的非刚性配准算法没有考虑临床柔性组织的不可压缩特性，使得配准后的图像体积发生变化，不利于手术的评估与分析。保证柔性组织在配准的过程中体积不变具有重要的临床意义，不可压缩配准成为了研究的热点。

现有技术中，不可压缩配准算法可以分为以下三类：一类方法将不可压缩区域内实际发生的非刚性形变视为刚性形变，Tanner在文献中Volume and shape preservationof enhancing lesions when applying non-rigid registration to a time series ofcontrast enhancing MR breast images提出，通过限制像素点位移量大小来实现不可压缩配准。先初始配准整幅图像，并确定需要体积保持不变的区域。随后将这些区域内像素点位移量限制在一个常量之内，这个常量为初始配准中各像素点位移量的平均值，求得最终形变场。Greene在文献Constrained non-rigid registration for use in image-guidedadaptive radiotherapy中提出，先将图像中的柔性组织分割出来，并对整幅图像进行刚性配准，然后单独地对柔性组织进行多分辨率的弹性配准，其中各像素点位移量限制在一个与当前分辨率相关的常量内，将弹性配准得到的形变场与刚性配准得到的形变场相结合得到最终形变场。这类方法虽然保证不可压缩区域体积不发生变化，但是违背了非刚性形变的事实，导致配准精度不高。

另一类方法在优化过程中引入非线性限制，通过惩罚可压缩的形变场，使得最终求得的形变场具有不可压缩性。Rohlfing在文章Volume-preserving nonrigidregistration of MR breast images using free-form deformation with anincompressibility constraint中提出在能量函数中加入非线性惩罚项，惩罚雅克比行列式对数值不为0的形变场。Haber在文献Numerical methods for volume preservingimage registration中提出在能量函数中加入非线性惩罚项，在形变场雅克比行列式为1的限制条件下最小化能量函数。这类方法在求解形变场的过程中需要优化含有非线性项的能量函数，导致优化过程计算复杂度很高。