光学分子影像手术导航系统中图像融合算法研究

摘要

随着社会的发展和人类生活水平的不断提高，人们对医疗技术的需求也在急速增长，微创手术的广泛应用将是未来医学的一个发展方向。手术导航系统作为计算机辅助手术的重要应用，能够在术中实现可视化图像引导，指导手术顺利进行。近年来，手术导航系统已经成为临床研究和应用的热点，其对病灶的定位过程利用了图像融合技术在机器人、医学图像处理以及计算机视觉等领域的应用。因此，医学图像融合技术的进步直接决定着手术导航系统的发展与应用。本文针对这一热点问题，根据光学分子影像手术导航系统采集的图像的特点，对系统中采用的的图像融合算法进行了研究和设计。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了手术导航系统，光学分子影像，图像融合的概念、层次、评价方法，以及医学图像融合算法的发展现状，并针对本文所研究的手术导航系统中的图像特点，分析了不同图像融合技术和融合层次的优缺点。⑵研究了基于像素灰度值的图像融合方法和伪彩色图像融合方法，并针对本文所研究的手术导航系统，对基于像素灰度值的图像融合方法和伪彩色图像融方法进行改进和简化，提出一种结合两种简化算法的图像融合方法。⑶对像素级图像融合前必须进行的图像配准方法进行了介绍，包括图像配准的定义与原理、基本过程、空间变换模型以及图像配准的方法。对基于区域的图像配准方法进行了研究，分析了模板匹配法中几种常用的相似度度量准则。通过实验结果分析了几种相似度度量准则的优缺点。⑷针对本文所研究的光学分子影像手术导航系统，提出了一种基于点的像素级图像融合方法，并对图像融合前所要做的图像预处理、图像配准以及图像融合的过程进行了详细的描述，通过对图像融合结果的分析，验证了该方法的可行性，证明了本文提出的基于点的像素级图像融合方法在应用于光学分子影像手术导航系统时得到了较好的图像融合效果，并且花费的图像融合时间较短。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题的研究背景和意义

1．2 手术导航系统概述

1．2．1 手术导航系统

1．2．2 光学分子影像

1．3 图像融合方法概述

1．3．1 图像融合的概念

1．3．2 图像融合的层次

1．3．3 融合图像的评价方法

1．3．4 医学图像融合的发展及国内外现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 像素级图像融合技术

2．1 像素级图像融合概述

2．2 基于像素灰度值的图像融合方法

2．2．1 像素灰度值取大／小图像融合方法

2．2．2 像素灰度值加权平均图像融合方法

2．2．3 改进的基于像素灰度值的图像融合方法

2．3 伪彩色图像融合方法

2．3．1 基于RGB彩色空间变换的图像融合方法

2．3．2 基于IHS彩色空间变换的图像融合方法

2．3．3 简化的伪彩色图像融合方法

2．4 本章小结

第3章 图像预处理

3．1 图像增强

3．1．1 空间域图像增强

3．1．2 频率域图像增强技术

3．1．3 伪彩色图像增强

3．2 图像边缘检测

3．3 本章小结

第4章 图像配准

4．1 图像配准概述

4．1．1 图像配准的定义及基本原理

4．1．2 图像配准的基本过程

4．1．3 图像配准的空间变换

4．2 图像配准方法

4．2．1 基于区域的图像配准方法

4．2．2 基于特征的图像配准方法

4．3 几种图像相似度度量准则

4．3．1 距离度量

4．3．2 相关度量

4．4 光学分子影像手术导航系统图像的配准实验及结果分析

4．5 本章小结

第5章 基于点的像素级图像融合算法

5．1 光学分子影像手术导航系统中的图像数据

5．2 算法设计

5．2．1 图像预处理

5．2．2 图像融合

5．3 光学分子影像手术导航系统图像的融合实验及结果分析

5．3．1 图像融合效果

5．3．2 讨论分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

声明

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