基于对应点匹配的断层图像三维插值方法.pdf

1、!“年#月第#$卷 第#期中 国 医 学 物 理 学 杂 志%#7北 京 大 学 重 离 子 物 理 研 究 所:北 京#“摘 要?用 于 放 疗 计 划 的%和ABC图 像 断 层 之 间 的 距 离 通 常 大 于 断 层 内 部 像 素 间 的 距 离:三 维 剂 量 场 的 计 算 等 工 作 通常 需 要 等 间 隔 分 布 的 三 维 图 像 数 据D目 前 常 用 的 断 层 间 直 接 线 性 插 值 的 方 法 会 引 起 图 像 边 界 模 糊:针 对 这 个 问 题:本 文提 出 了 一 种 基 于 相 邻 两 个 断 层 图 像 对 应 点 匹 配 的 插 值 新 方

2、法:首 先 在 相 邻 断 层 间 建 立 起 点 与 点 的 对 应 关 系:然 后 再 利 用这 些 对 应 点 插 值 出 新 的 图 像 数 据D模 拟 结 果 表 明:这 种 方 法 能 有 效 地 消 除 直 接 线 性 插 值 带 来 的 图 像 边 界 模 糊 的 问 题:使得 插 值 后 的 图 像 质 量 比 传 统 方 法 有 明 显 改 善D关 键 词?图 像 插 值=三 维 图 像=可 视 化中 图 分 类 号?B“#H引 言?%JABC等 医 学 影 像 设 备 得 到 的 图 像 数 据 通 常 都 是断 层 图 像 数 据:断 层 之 间 的 距 离 一 般 远

3、 大 于 断 层 内 像 素 之 间 的距 离D而 三 维 医 学 图 像 的 分 割J可 视 化 以 及 放 射 治 疗 计 划 中 三维 剂 量 场 的 计 算 等 通 常 需 要 三 维 空 间 分 辨 率 相 同 的 数 据D另外:在 三 维 医 学 图 像 的 配 准 和 融 合 中:不 同 模 态 的 数 据 如ABC和5K数 据:或 者 同 一 模 态:不 同 时 刻 采 集 的 数 据 要 实 现 配 准和 融 合:由 于 它 们 的 分 辨 率 有 可 能 不 同:需 要 对 图 像 进 行 预 处理:首 先 转 化 成 相 同 分 辨 率 的 图 像:然 后 再 进 行 配

4、 准 和 融 合D由此 可 见:由 异 分 辨 率 的 断 层 图 像 数 据 插 值 重 建 出 同 分 辨 率 的 三维 数 据 是 三 维 医 学 图 像 处 理 的 一 个 基 本 问 题D断 层 图 像 的 插 值 问 题 可 以 表 述 如 下?以;L:6:M表 示 一 个 体 素 点:N;L:6:M表 示;L:6:M点 的 灰度 值DOL:O6:OM分 别 表 示 已 知 断 层 图 像 的 在L:6:M方 向 上 的采 样 间 距D对 于 一 个 典 型 的 断 层 图 像:OLPO6PO:并 且OLQOD断 层 图 像 的 体 素 位 置 为LPO:6PRO:MSPSOM:这

5、 里C:R:S为 非 负 整 数D采 集 到 的 图 像 表 示 为N;L:6R:MS:P“:#:!777:9H#:RP“:#:!777:9H#:SP“:#:!777:AH#D以N;7:7:MS表 示第S个 断 层 图 像D插 值 就 是 我 们 由 已 知 的A个 断 层 数 据 得 到 在L:6:M方 向 上 采 样 间 距 相 同 的 数 据:需 要 计 算 插 值 三 维 图 像NT;L:6R:MT0:P“:#:!777:9H#:RP“:#:!777:9H#:0P“:#:!777:FH#:这 里MT0P0O:FP(UV;AH#OMWOX:(UVLX表 示L的 整 数 部 分:且NT;7

6、:7:“PN;7:7:“D如 果 我 们 仅 仅 是 对 图 像 中 的 某 一 部 分 感 兴 趣:可 以 采 用 基于 形 状 的 插 值 方 法YZH:这 是 近 年 发 展 起 来 的 一 种 插 值 方 法:可得 到 较 高 质 量 的 插 值 图 像D但 是 基 于 形 状 的 插 值 方 法 只 能 对 指收 稿 日 期?#H“$H!以及 最 近 邻 插 值 等Y#HD直 接 插 值 可 以 看 作 是 线 性 低 通 滤 波Y:因此:由 上 述 方 法 直 接 插 值 出 的 图 像 必 然 存 在 边 界 模 糊 等 问 题D针 对 直 接 插 值 所 出 现 的 问 题:我

7、 们 提 出 了 一 种 新 的 插 值 方 法D这 种 插 值 方 法 受 到 文 章YEJYG的 启 发:基 本 思 想 是 对 于 新 插 值 图像 上 的 每 一 个 像 素:在 相 邻 上 下 两 个 断 层 之 间 选 择 一 系 列 候 选对 应 点:然 后 采 用 一 定 的 判 据 选 择 最 佳 的 一 对 对 应 点:利 用 这两 个 对 应 点 的 灰 度 值 插 值 出 新 图 像 上 相 应 位 置 的 灰 度 值D图#基 于 对 应 点 匹 配 的 插 值 方 法a插 值 方 法如 图 所 示:由 已 知 断 层 图 像b;7:7:cd和b;7:7:cdea插 值

8、 出位 于 它 们 之 间 的 新 的 一 层 图 像b;7:7:cD对 应 于 新 插 值 图 像 上的 每 一 个 像 素;fg:hi:c:在 上 下 两 个 断 层 图 像 中 分 别 以;fg:hi:cd和;fg:hi:cdea为 中 心 取 宽 度 为jkj的 窗:在 这 两 个 窗口 内 得 到 一 组 连 线 通 过;fg:hi:c的 对 应 点:然 后 根 据 这 些 对 应点 之 间 灰 度 值J灰 度 梯 度 大 小J灰 度 梯 度 方 向:以 及 点 之 间 位 置关 系 的 匹 配 程 度 选 取 最 佳 的 一 对 对 应 点:由 这 两 个 对 应 点 灰 度值 插

9、 值 出;fg:hi:c点 的 灰 度 值D具 体 方 法 步 骤 如 下?!“!计 算 最 佳 对 应 点 位 置!“!“!定 义 窗 口 宽 度#可 以 有 两 种 选 取 方 法$%?%=136%-?6%?%=(B4%=(0=;%?%=6%3(B(0-;3(B(0-K-%+)0IJKLMNOOPLQRSTUVOP4WLX$9YZVOPPTLPT_OOa_PQV_eLfOXXTU4gThV_eLX4YgROea_P4OPLWdiOeXjRTjPkMTXl_UajTUONLLXNeOhOPLVOPNMeOa_P_l$9Ym_VTLOeLOaO+I0c_VNMaTLZVO4QUONj4)D?4

10、)/%);)9/C+$0WOTeOPL=PajT_VNOUX_P_lPaTUN_eOa_PVTaj_LX+I0ZWWWRUOPXTLZVO4)D?4B%$;/)$9/)B+C0gQ_XjaOXmh4YgRMUPTU4OPLbngoTUVOPOajP_la_pV_UONjXeTXl_UPaTUN_eOa_P+I0ZWWWRUOPXTLZVO4)DD/4)%C;EAB9E)G+E0iWSPX4cI=Ueo4OPLWbTLTeeq_ePTOUTLZVO4)DDG4)E%C;E?A9E?B+G0iWSPX4c_UT4OPLWbaVOPdjONT9mOXTPaTUpN_eOa_P_laUTT9eoTXa

11、UMaMUTXPajUTT9LVTPX_POeVOTX+I0ZWWWRUOPXTLZVO4)DDG4)/%$;C$D9CEA+B0QRSTUVOP4IFjTPOPLcgMj_eardjONT9mOXTLPaTUpN_eOa_P+I0ZWWWc_VNMaQUONjgNNeOa4)DD/4)/%$;GD9BD+?0dsOhOOPLIJKLMNOdjONT9mOXTLPaTUN_eOa_P_lVMepaLVTPX_POe_mtTaX+I0ZWWWRUOPXTLZVO4)DDA4D%);$/9C/+D0QIQUTuTUOOPLIJKLMNOdjONT9mOXTLPaTUN_eOa_P_lVMeaLVT

12、PX_POeUTh9eTuTeVOTX+I0ZWWW RUOPXTLZVO4)DDG4)E%G;?)9?D/4vwxyz|x!|w|“$9#!$%y36.)4,*3?36=985./%)/0+.-A3A5A0=B80668+=.C/8-3D-C0E3.:9.360F-3A84-0353.:)AA?B)G/-0353.:#0H3D6;2I53J70.A+.-A3A5A04-0353.:)AAA)4K/3.6!“#$%?62-6-.3,4,-*3+140-1,5A4*=.+,90,3-,*A-4*+FGH,1-IJIE872-./816,+7.-23:,1?,3+/2-,+2+:4,.1,416.

13、316,+7.-23:,1?,37*231+*3.+/2-,IE*:,1,90./+.=7/,+7.-23:23./524,-12*3+*3,0+0./80+,+524,-1/23,.4231,47*/.12*3=,16*5IK3A*4103.1,/8/23,.4231,47*/.12*3=.L,+16,2=.:,+/044,5*3,5:,IH3162+7.7,4?,5,M,/*7.3,?231,47*/.12*3=,16*5.+,5*37*231=.1-6N23:23?62-616,-*44,+7*3523:2+,+1./2+6,5,1?,37*231+233,2:6*423:+/2-,+IE6,3162+-*44,+7*35,3-,2+0+,51*,+12=.1,5.1.,1?,316,+/2-,+8/23,.4231,47*/.12*3IE6,=,16*5-.374*50-,=*4,.-04.1,4,+0/1+16.314.5212*3./:4.8/,M,/23,.423N1,47*/.12*3=,16*5IOPQRS%T#(2=.:,231,47*/.12*3U164,52=,3+2*3./B;)J2=.:23:UM2+0./2V.12*3