[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

摘要

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。

主权项

1.一种具有不可压缩器官的医学图像配准方法，其特征在于，包括：

S1，接收固定图像和待配准图像，将所述固定图像和待配准图像根据上一次迭代获得的形变场进行预配准后，基于高斯牛顿算法和高效二阶最小化算法计算获得所述待配准图像向所述固定图像配准后的本次迭代的第一速度场；

其中，所述固定图像和待配准图像为包含相同的不可压缩的器官的医学图像；

S2，根据所述本次迭代的第一速度场和上一次迭代获得的速度场，基于Baker‑Campbell‑Hausdorff公式计算获得本次迭代的第二速度场；

S3，将所述本次迭代的第二速度场通过霍其‑亥姆霍兹分解，获得所述本次迭代的第二速度场的无源场和调和场；同时计算所述调合场的自适应权重，通过所述调合场的自适应权重对所述调合场进行放大，将放大后的调合场与所述无源场叠加，获得本次迭代的速度场；

S4，判断获知所述本次迭代的速度场使得配准能量场的能量小于预设阈值，将所述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，将本次迭代获得的形变场作为令所述待配准图像向所述固定图像配准的形变场。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：若本次迭代为第一次迭代，则初始化速度场，使得初始的速度场为0，同时初始化所述形变场使得，初始的形变场为1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括：对所述本次迭代的第一速度场进行高斯平滑，获取高斯平滑后的本次迭代的第一速度场。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3之前还包括：对所述本次迭代的第二速度场进行高斯平滑，获取高斯平滑后的本次迭代的第二速度场。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括，判断获知所述本次迭代的速度场使得配准能量场的能量大于预设阈值，则提取本次迭代的速度场和本次迭代的形变场，返回执行S1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中还包括计算所述本次迭代的速度场的能量函数，具体为：

根据所述本次迭代的速度场对所述固定图像和待配准图像进行相似性测度计算；

计算本次迭代的速度场和所述上一次迭代获得的速度场的差异项，将所述相似性测度和所述差异项进行叠加，获得所述本次迭代的速度场的能量函数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述能量函数具体通过以下公式获得：

式中，E为能量函数，表示第i‑1次迭代时获得的分辨率等级为j级的速度场，为本次迭代获得的速度场，为噪声系数，为步长系数，F_j为分辨率等级为j级的固定图像，M_j为分辨率等级为j级的待配准图像；

式中为相似性测度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述自适应权重通过以下公式计算获得；

式中，k为自适应权重，a为常数，Jac(.)为雅克比行列式，std(.)为标准差函数，表示第i次迭代中分辨率为j的第二速度场。

9.一种具有不可压缩器官的医学图像配准系统，其特征在于，包括：

预配准单元，用于接收固定图像和待配准图像，将所述固定图像和待配准图像根据上一次迭代获得的形变场进行预配准后，基于高斯牛顿算法和高效二阶最小化算法计算获得所述待配准图像向所述固定图像配准后的本次迭代的第一速度场；

其中，所述固定图像和待配准图像为包含相同的不可压缩的器官的医学图像；

速度场更新单元，用于根据所述本次迭代的第一速度场和上一次迭代获得的速度场，基于Baker‑Campbell‑Hausdorff公式计算获得本次迭代的第二速度场；

速度场分解单元，用于将所述本次迭代的第二速度场通过霍其‑亥姆霍兹分解，获得所述本次迭代的第二速度场的无源场和调和场；获取所述调合场的自适应权重，通过所述调合场的自适应权重对所述调合场进行放大，将放大后的调合场与所述无源场叠加，获得本次迭代的速度场；

输出单元，用于判断获知所述本次迭代的速度场使得配准能量场的能量小于预设阈值，将所述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，将本次迭代获得的形变场作为令所述待配准图像向所述固定图像配准的形变场。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述输出单元还用于，判断获知所述本次迭代的速度场使得配准能量场的能量大于预设阈值，则提取本次迭代的速度场和本次迭代的形变场，返回执行预配准单元。