第一章绪论
1.1研究背景及意义
1895年至今,从X射线的发现,第一张医学图像的获取到医学图像三维可视化技术的出现,医学图像经历着一次又一次的演变,在医学领域占有重要的一席之地。医学图像处理技术已经在医疗机构、大中专院校及研究所等很多地方扮演着不可替代的角色。
随着对医学上成像问题的研究越来越深入,种类也是多种多样。有一类是解剖图像,一般是描述人体生理形态的,如X光照相术、计算机断层扫描技术(ComputedTomography, CT)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)、超声成像(Ultrasound, US)、光纤内窥镜图像、磁共振血管造影术(Magnetic ResonanceAngiography, MRA),以及数字减影血管造影术(Digital Subtract Angiography, DSA)等,而另一类功能图像是描述人体功能或代谢的,如单光子发射断层扫描图像(SinglePhoton Emission Computed Tomography, SPECT)、正电子发射断层扫描图像(PositronEmision Tomograph, PET)、功能磁共振图像(functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI),脑电图(Electroencephalography,EEG)、脑磁图(Magnetoencephalography,MEG)以及光学内源成像。利用各种成像设备获得的各种医学图像,提取有用的互补的信息,这对临床诊断和治疗都有重要的意义⑴。
由于成像系统的产生,使医生能够从不同成像系统得到不同的医学图像,因为这些图像是不同成像系统在不同条件下产生的,所以它们的优缺点也都不一样。如:CT,它对密度比较敏感,有利于观察骨组织状况,有利于确定病变的位置,易于显示腹内实质性脏器的组织结构,但是含有放射性,空间分辨率较差,曝光时间长,可能出现假象,不能够准确真实的体现软组织的变化。而MRI,我们能从MRI图像中清楚的看出软组织情况,可以从不同角度成像,具有流空效应,能对血管进行检查,可进行形态学,组织化学和生物化学方面的研究,有利于病灶范围的确定,但是韩化特征成像效果差,扫描信号釆集时间长,不能确定位置框架,危重症病人不能进行检查乂再比如:SPECT、PET这类医学影像显示了功能方面的情况,却不能准确反映结构方面的信息,而MRI、CT、X射线等这类图像能把后者较好的反映出来,但不能准确表现出前者的情况。所以,从不同传感器获取的不同图像其特点也都不相同,我们要是能够取长补短,把我们认为有价值、有用的信息在一张图像上体现出来,这将给医生的诊断和治疗带来革命性的改变,能更全面更有力的帮助医学界。...............
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第二章医学图像融合的相关理论
2.1图像融合概述
通常地,图像融合,顾名思义,是指将图像中所包含的信息进行融合,把从各个探测器得来的不同图片集中在一起分析研究,以获得多源图像,保留有用信息,副除冗余信息,得到最终的图像,总结出更为准确的结论。融合后的效果图反应被测人或物更多的情况。在此提到的多源图像意思是从各种传感器得到的被测目标的各种性质,然后通过不同的成像原理得到的图像,并将得来的这些数据进行处理。图像融合中,传统的图像融合是指首先我们给计算机发出指令,告诉计算机在什么样的情况下算是完成配准,然后输入从多传感器获取的信息,让系统对所有的信息进行分析、处理,这个一系列的过程我们把它叫做图像融合。从定义来看,图像融合所针对的对象就是多源图像,主要任务是优化和综合其中的数据。这一综合过程一图像融合,还有其它名称:传感混合、信息融合,多传感器或多源相关、数据融合,这些都是对这一图像处理技术和方法的称呼。
多源图像融合的实施过程就如同我们的大脑综合处理信息一样,多源图像综合在一起比传统的单源图像更有优势,努力把握好各个信息来源渠道,用不同的形式将场景全部表现出来,从多个探测器得来的各个数据都各有所长,把各个探测器从各个视角测量出来的各种医学数据去其糟粕、取其精华,从而得到在不同场景下的全部信息,并把它们综合起来。图像融合的大致过程是完成统计数据,搜集到被测物更加全面的数据,将来自各个探测器的不同结果综合处理,集中起来描述出物体的状况,扩大时空的传感范围,有效避免了单个传感器捕捉不到场景下全部数据信息的局限性。
2.1.1医学图像融合的概念
医学图像融合的概念很广泛。泛泛的讲,医学图像融合就是对两部分原始数据进行的综合,什么样的综合方法都可以,综合以后的结果可以是两部分数据之间的分割、增强等处理技术,最后,一个合二为一的新数据的诞生,这就是融合。进一步讲,把两幅原始图像的所有图像信息从一幅新的医学图像上更全面更准确的反映出来才称之为融合。Pinz认为融合就是对从不同传感器获得的不同图像进行综合处理,并互相取长补短,不断优化的一个过程,优化后的图像比两幅原始图像更准确更实用。由于治疗和诊断的需要,医生要从不同角度、不同方面对病灶进行观察分析,从而制定更准确的治疗方案,我们从不同传感器得到的不同医学图像都各不相同。...........
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第三章基于互信息的医学图像配准技术............................................21
3.1互信息法的理论基础.....................................................................21
3.1.1 一阶互信息理论........................................................................21
3.1. 2 二阶互信息理论...................................................................... 22
.3.1.3 一阶互信息与二阶互信息的比较.............................................22
3.2基于二阶互信息与邻域方差相结合的医学图像配准方法.........23
3. 3优化算法 .....................................................................................24
3. 4实验结果与分析........................................................................25
第四章基于小波变换的医学图像融合............................................27
4.1小波变换..................................................................................27
4. 2平移不变小波变换 ..............................................................30
4. 3基于SIDWT的图像融合方法.............................................31
4. 3. 1低频子带融合规则........................................................31
4. 3. 2高频子带融合规则.........................................................32
4. 3. 3实验结果........................................................................33
4. 4图像融合质量评价 ...........................................................36
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总结
医学是与千千万万人身心健康紧密相连的一门实用性学科。医学的发展水平代表了一个国家的整体国力,和广大人民群众的生活水平。现代医学的快速发展为人们带来了很多方便。许多科技含量高的医学新技术,能够提供给医生更权威、更全面、更详细的医学信息,使医学工作者对病人的病情做出更准确的判断,使及时有效地治疗成为了可能。在大量涌现的医学技术中,医学图像已然占有了自己的一席之地,成为国内外学者重点研究的领域之一。但是由于从不同传感器获取的基于不同成像原理的医学图像之间包含了信息的冗余和互补,这就需要一门新技术对大量的医学图像信息进行有效的综合,医学图像融合技术以其独有的优势成为了备受关注的研究热点。
医学图像融合技术作为医学图像处理的一个重要部分,对同一场景给出了更全面,更精准的呈现,融合处理后的结果更能满足观察者的需求,能够提供更全面个、更详细、更精准的细节信息,更够对识别出人们更感兴趣的区域。医学图像融合不是简单意义上的图像叠加或图像增强,它的融合过程充分利用了原始图像所包含的信息所具有的冗余性和互补性。医学图像融合技术是一门能够有效综合多种信息特征的学科、应用范围广泛,实用性强。
本文对像素级医学图像融合及配准方法做了细致的探讨。介绍了医学图像融合的相关基础知识,如医学图像融合的概念、分类、方法、融合前的预处理等,还对医学图像融合的临床应用价值做了简要探讨,并对图像融合质量的主观、客观评价标准进行了论述。在详细论述医学图像融合之前,本文先对配准部分做了阐述,介绍了互信息的有关知识,在基于互信息的图像配准基础上,提出了新的配准方法,并进行了实验对比和结果分析。图像融合部分,从小波理论入手,研究基于平移不变小波变换的融合算法,并分别制定了新的低频融合规则和高频融合规则,最后进行了实验对比、结果分析以及图像融合质量的评价。............
参考文献
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