基于点集匹配的4D CT肺运动估计算法研究
本文选题:四维图像配准 + 点集匹配 ; 参考:《深圳大学》2017年博士论文
【摘要】:肺癌是威胁人类健康的主要肿瘤疾病之一,而图像引导放射治疗是治疗肺癌的一种重要手段。在图像引导放射治疗过程中,呼吸运动是导致图像伪影和肿瘤位置不确定的重要因素,准确的肺部运动模型可以辅助定义精确治疗的边际,计算放射剂量的分布,改进门控预测模型等。因此,对肺运动的特点进行研究,找出针对个体的肺运动模型是当前图像引导放射治疗的一个重要研究方向。图像配准是肺运动估计的重要技术,本文针对4D CT肺图像,研究基于点集匹配的四维图像配准算法。主要的研究成果如下:(1)针对传统点集匹配算法中固定点集无法进一步提高配准精度的问题,提出了一种基于动态点集匹配的肺运动估计算法。该算法首先通过点集形状关系和特征点周围局部图像信息的相关系数建立了一个模糊点对应矩阵,构建了虚拟目标点与源点集之间相互对应;在虚拟目标点附近根据图像内容对应关系对虚拟目标点进行调整,建立了有约束最小二乘模型,反向求解目标点集,该目标点集是经过原始目标点调整后的位置,可以更好地反映源点集与目标点集之间在图像内容上的对应关系。提出了一种有约束最小二乘模型的近似求解算法,可以有效减少求解时间,提高点集调整的效率。通过多次迭代求解,目标点集与源点集在图像内容对应关系上逐步改善,从而有效提高点集匹配算法在解决图像配准问题中的配准精度。该算法不但在肺实质运动估计方面的性能较好,而且也能有效估计整个胸部图像(包括肺和胸壁)的滑动运动。该算法与其它经典算法比较,其空间精度和计算速度都有较大提高。在整个胸部的滑动运动估计中,能有效对肺边界的滑动运动进行估计。(2)针对离散时间点的空间配准算法缺乏时间维相关性的问题,提出了一种基于点集匹配和时空追踪的肺运动估计算法。该算法在鲁棒性点集匹配的基础上,得到特征点在不同相位的映射位置,在时间维构建L1正则化约束的最小二乘的特征点轨迹拟合模型,该轨迹将时间维度的相关性引入四维图像配准中,可以得到更稳定的点运动轨迹;进一步地,把点的轨迹拟合后的位置作为目标点的空间mean-shift追踪的初始位置,进行目标点追踪,使目标点周围局部图像信息与其对应的源点周围局部图像的信息更相似。该算法重复上述过程,直至所有目标点不需要再调整。该算法在相对运动较小的肺运动估计时,其配准精度高于现有的其它算法;在相对运动较大的肺数据集进行评价时,该算法不但可以保证较好的空间精度,同时由于时间维轨迹拟合的引入,其空间形变域的拓扑保持性能优于现有算法。(3)针对点集匹配算法的形变函数容易受离群点干扰而出现异常形变场的问题,提出了一种基于L1范数与拓扑保持约束的点集匹配算法。该算法针对点集匹配问题,构建了一个正则化约束的最小二乘模型,分别从弹性变换的鲁棒性、仿射变换的稳定性、空间变换扭曲能量、拓扑保持性等方面引入正则约束,给出了点集匹配的正则优化模型。该模型可以在点集中存在较多离群点的情况下求解稳定的、扭曲能量较小的、拓扑保持的形变函数,该函数可以用于进行肺部运动模型估计,解决了传统点集匹配算法在离群点较多时存在的形变场容易发生异常的问题。进一步地,该算法给出了正则化约束的最小二乘模型的精确求解模型,并给出了快速求解算法。该算法在离群点较少的情况下,扭曲能量与已有点集匹配算法相当,而配准精度和体保持性能的综合评价优于已有算法;在离群点较多的情况下,该算法具有较高的配准精度,同时,剪切应变的度量表明该算法得到的形变场具有更优的拓扑保持性能。(4)针对传统基于控制点对应关系的形变模型只包含空间信息、缺乏时间维信息的问题,提出了一种基于时空径向基函数的四维形变模型。该算法将时间维引入传统的径向基函数,构建了时空径向基函数,并在此基础上,构建了基于时空径向基函数的时空形变模型,该模型可以估计出三维体数据中任意点在任何时间的空间位置。本文详细讨论了该时空形变模型的性质,包括:可分离性,可解性,空间平滑,时间平滑等。理论分析表明,该时空形变模型可去耦合为一系列的一维变换和一个三维变换,从而大大减少四维形变模型的计算时间。选用正定径向基函数能够保证该模型可解,同时选用的空间径向基函数决定了该模型在空间域的平滑性,而选用的时间径向基函数决定了该模型在时间域的平滑性。该时空形变模型可以描述动态器官的运动模型,确定空间域中任意点的运动轨迹,使形变结果随时间保持稳定,得到更准确、更具生物意义的形变模型。
[Abstract]:In this paper , based on the correlation between point set shape relations and local image information around feature points , a new algorithm is proposed for lung motion estimation . ( 3 ) To solve the problem that the deformation function of point set matching algorithm is susceptible to abnormal deformation field , a point set matching algorithm based on L1 norm and topology preserving constraint is proposed .
【学位授予单位】:深圳大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R734.2;TP391.41
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 解好群,金远林,王兰娣,牟玉兰;胸片、CT对恶性弥漫性胸膜间皮瘤的诊断价值[J];中国临床医学影像杂志;2000年S1期
2 高相伟,张育德;自发性蛛网膜下腔出血CT显示的出血与症状性脑血管痉挛的关系[J];洛阳医专学报;2000年03期
3 孙西河,王滨,周茂义,常光辉,李丽新;腰椎后缘软骨结节的CT探讨[J];潍坊医学院学报;2000年01期
4 张兰玉;脑弥漫性轴索损伤的CT表现[J];镇江医学院学报;2000年02期
5 吕庆才,段成州,袁永方,蒋明;巨大腔外型胃平滑肌瘤的CT表现[J];中国医学影像技术;2000年01期
6 曹相华,王会明;新生儿缺氧缺血性脑病的CT征象[J];山东医药;2001年07期
7 王进铨,陈启展;52例新生儿缺氧缺血性脑病的临床与CT表现[J];福建医药杂志;2001年02期
8 何健垣,吴晓媚;甲状旁腺功能减退的脑CT[J];广东医学院学报;2001年04期
9 张流忠,杜涛,余可恩;皮质下动脉硬化性脑病的临床与CT[J];贵州医药;2001年04期
10 刘红,杨德琪;20例新生儿缺氧缺血性脑病CT表现分析[J];浙江临床医学;2001年12期
相关会议论文 前10条
1 石明国;;新CT 新技术 新思考[A];2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集[C];2010年
2 葛培林;刘仁忠;易伟;杨振兴;连海伟;邵灵敏;;外伤性迟发性颅内血肿临床特点及首次CT的影像学特征分析[A];中华医学会神经外科学分会第九次学术会议论文汇编[C];2010年
3 李惠章;潘纪戍;方芳;李威;李伟;姜蕾;陈启航;周诚;;良性转移性平滑肌瘤的CT表现[A];中华医学会放射学分会第八届全国心胸影像学术大会暨河南省第十二次放射学术会议论文汇编[C];2006年
4 孙灿辉;李子平;孟悛非;范淼;冯仕庭;彭振鹏;;周围型肝内胆管细胞癌的CT和超声双期增强的比较研究[A];中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编(下册)[C];2006年
5 关建中;;炎性肌纤维母细胞瘤的CT表现[A];中华医学会第十三届全国放射学大会论文汇编(下册)[C];2006年
6 舒艳艳;韩志江;孙承;;CT在原发性甲状旁腺功能亢进中的诊断价值[A];2012年浙江省放射学术年会论文集[C];2012年
7 周海生;许崇永;郑汉朋;邱乾德;;原发性巨球蛋白血症肺内浸润CT表现[A];2013年浙江省放射学学术年会论文集[C];2013年
8 赵峰;何健;王高峰;江峰;徐霁;章士正;;隐源性机化性肺炎31例CT征象分析[A];中华医学会第16次全国放射学学术大会论文汇编[C];2009年
9 姚志文;唐立勇;滕红;贾天舒;张帆;;肾血管平滑肌脂肪瘤的CT表现及治疗方法[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
10 张琳;汤光宇;陈云燕;刘勇;姚建华;;腮腺基底细胞腺瘤的CT表现[A];第十一次全国中西医结合影像学术研讨会暨全国中西医结合影像学研究进展学习班资料汇编[C];2010年
相关重要报纸文章 前10条
1 李竹;欧洲CT市场逆流而动[N];医药经济报;2012年
2 敢言;医院滥用CT病人可能致癌[N];广东科技报;2004年
3 通讯员 贾洪涛;市区出租车牌照全部使用吉CT专用号段[N];四平日报;2009年
4 中国医保商会 蔡天智;今年1~4月CT出口反弹[N];医药经济报;2010年
5 本版编辑邋韩其成 游敏常 闫铮;水泥行业“CT”报告:美好与现实的反差[N];证券日报;2008年
6 祁鸣邋曾强 周宇;微阵列—比较基因组杂交技术:给人体基因组做“CT”[N];中国医药报;2007年
7 张小磊 陈辉 廖怀凌;医院滥用CT病人可能致癌[N];中国消费者报;2004年
8 记者 刘如春 通讯员 刘文祥;地震CT技术洞悉岩溶变化[N];地质勘查导报;2008年
9 记者 胡其峰;胡大一(北京大学人民医院心脏中心主任):中青年女性过度做CT是花钱买风险[N];光明日报;2011年
10 李旭;医院滥用CT风当刹[N];市场报;2004年
相关博士学位论文 前10条
1 王广丽;非小细胞肺癌CT能谱成像与VEGF、MVD及Ki-67表达的相关性研究[D];山东大学;2015年
2 张智栩;640层CT全肿瘤灌注成像在直肠癌灌注测量及生物学行为评估中的应用研究[D];郑州大学;2014年
3 杨亮;能谱CT在喉及下咽鳞癌诊断及疗效评估中的价值[D];北京协和医学院;2016年
4 李斯琴;高频超声及三维CT、MRI在不同月龄婴幼儿发育性髋关节脱位诊断、随访中的应用研究[D];重庆医科大学;2016年
5 陈月芹;双源CT前门控大螺距扫描在小儿法洛四联症诊断中的应用研究[D];青岛大学;2016年
6 易见兵;基于点集匹配的4D CT肺运动估计算法研究[D];深圳大学;2017年
7 尤小芳;CT对弥漫性泛细支气管炎诊断及疗效评价的临床研究[D];第二军医大学;2012年
8 左一智;肺段间平面的解剖学实质与CT表现[D];山东大学;2013年
9 蔡肯;基于双源CT的全心脏图像配准与自动分割算法研究[D];华南理工大学;2011年
10 陈俊;多功能CT/荧光纳米分子探针的制备以及其应用[D];华中科技大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 吕娟;超声、CT对卵巢原发性恶性肿瘤的诊断价值[D];新疆医科大学;2011年
2 王锐;能谱CT在中心气道原发肿瘤诊断中的应用研究[D];河北联合大学;2014年
3 王玉婕;宝石CT能谱成像在诊断非小细胞肺癌淋巴结转移状态中的应用研究[D];北京协和医学院;2015年
4 车传东;CT与MRI诊断急性期缺血性脑梗塞的比较[D];泰山医学院;2014年
5 宋娟;双低扫描技术联合自适应统计迭代重建技术在能谱CT冠状动脉成像中的应用研究[D];石河子大学;2015年
6 赵瑜;锥形束CT技术在肝癌介入诊断治疗中的应用[D];河北医科大学;2015年
7 高继平;腰椎行双源CT连续动态扫描评价腰椎不同曲度对椎间孔和椎间盘的影响[D];河北医科大学;2015年
8 杜鹏;CT引导下纳米刀消融血管周围组织安全性及有效性评价的实验研究[D];中国人民解放军医学院;2015年
9 万正国;能谱CT动态增强在肝硬化分级中的临床应用研究[D];石河子大学;2015年
10 邢静静;能谱CT在胃癌T分期诊断及早期胃癌显示中的应用价值[D];郑州大学;2015年
,本文编号:1947575
本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/1947575.html