医学图像配准基础（变换模型/相似性度量/优化）

交大教授讲课

   做了些笔记

   交大老师那是真滴厉害，断断续续听了三天，依旧是一头雾水，只有一些基础的概念。。配准好难哦

框架

moving image 参照 fixed image发生形变的时候部分区域会丢失像素，可以用不同的插值方法进行弥补

配准方式

按维度可分：

• 二维对二维
• 三维对三维
• 二维对三维（较难）

按配准基础可分：

• 依据图像配准：extrinsic，intrinsic
• 不依据图像配准

按转换方式可分：

• 刚体
• 仿射
• 投影
• 曲线

按交互方式可分：

• 人机交互
• 半自动
• 全自动

按图像模态可分：

• 同模态
• 多模态
• 按模型

按处理对象可分：

• 同一个体
• 不同个体
• 人体解剖图谱

按处理的域可分：

• 局部特征
• 全局配准

按照优化算法分类

   按目的分类等等

不同的转换方式

刚性：转换和旋转

刚体变换: 所谓刚体 ,是指物体内部任意两点间的距离保持不变。例如 ,可将人脑看作是一个刚体。处理人脑图像 ,对不同方向成像的图像配准常使用刚体变换 。 刚体变换可以分解为旋转和平移。

仿射：还能加剪切和放大缩小

仿射变换: 仿射变换 将直线映射为直线 ,并保持平行性。具体表现可以是各个方向尺度变换系数一致的均匀尺度变换或变换系数不一致的非均匀尺度变换及剪切变换等。 均匀尺度变换多用于使用透镜系统的照相图像 ,在这种情况下 ,物体的图像和该物体与成像的光学仪器间的距离有直接的关系 ,一般的仿射变换可用于校正由 CT 台架倾斜引起的剪切或 MR梯度线圈不完善产生的畸变。

曲线式：允许直线和曲线之间进行配准

非线性变换: 非线性变换 也称做弯曲变换 (curved transformation) ,它把直线变换为曲线。 使用较多的是多项式函数 ,如二次、三次函数及薄板样条函数。 有时也使用指数函数。 非线性变换多用于使解剖图谱变形来拟合图像数据或对有全局性形变的胸、腹部脏器图像的配准。

透视：无需平行，对边可以变化

配准 算法  

刚性和仿射性：

• landmark based 人脑经历时间后会发生变化，但是特征点是一一对应的 特征点种类： 内部-颅内特征点 外部-人为物理加上 通过计算点之间的相关性，寻找中心点 或者旋转点，用最小方差寻找最小距离
• surfaced based 求图像的表面特征，计算两个平面之间的最小距离用的算法有：‘head and hat‘ Algorithm The Iterative Closet Point Algorithm Registraction using crest lines
• information theory based 求两幅图shared信息的最大值，减去combined部分用的算法有：‘joint entropy mutual information normalized mutual information
• edge based
• voxel intensity based 计算图像之间灰度的差异 或者绘制两幅图之间差异的联合直方图，越密集差异越小用的算法有：minimizing intensity difference Correlation techniques Ratio image uniformity Partitioned Intensity Uniformity

非刚体性：

• registration using basis functions
  
      Fourier basis functions 或wavelet basis functions
• registration using splines
• 求取控制点，通过样条函数，获得最小差异
• physics based

弹性：

   使用Navier线弹性偏微分方程

   流体性

   光流场性

最优化算法

需要不断迭代，假设一个初始配准点，反复优化

   在每次迭代中，用当前转换的评估值进行相似度计算

可视化

叠加色彩

   像素隔行扫描

   把两幅图切成方块，相邻方块中显示不同图像，通过衔接对比配准的准确性

   动态展示

   并行显示在两个显示器中

   两个图像相减查看差异

验证方式

经典accuracy

   可视化查看

   手动精标

   通过解剖学估算差异

词汇

*按首字母顺序排列了一下顿时舒服了

百度百科关于配准
Affine   transformation 仿射变换
edge   based 边缘对齐配准

   entropy 熵

   extrinsic 外部的
Elastic 弹性

   Fourier basis functions 傅里叶基函数

   information theory based 基于 信息 论配准

   interpolator 插值

   intrinsic 内部的

   interleaved pixel 像素隔行扫描

   joint histogram 联合直方图

   landmark based 基于特征点配准

   monomodality 同膜

   multimodality 多模

   mutual information 互信息

   Navier linear elastic partial differntial equation Navier线弹性偏微分方程(待谷歌

   Nonlineartransformation 非线性变换

   Projective transformation 投影变换

   registration using splines 基于样条曲线的配准

   Rigid body transformation 刚体变换

   voxel intensity based 基于灰度图像一致性的配准

   wavelet basis functions 小波基函数

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