亞像素斷層圖像配準數(shù)據(jù)集的建立

1、亞像素斷層圖像配準數(shù)據(jù)集的建立【摘要】目的針對數(shù)字化冰凍銑切斷層圖像的特點，討論一種實用的高精度圖像配準方法，建立基于數(shù)字化斷層圖像的亞像素級配準數(shù)據(jù)集。方法采用冰凍銑切技術(shù)獲取成年男性頭頸標本的冰凍連續(xù)斷層圖像，在atlab軟件中自動提取定標點圖像特征，采用基于2點的剛體變換算法實現(xiàn)圖像的自動配準。結(jié)果配準后圖像定標點與基準配準點的誤差小于1個像素，到達亞像素程度。結(jié)論采用外定標的圖像配準算法可建立亞像素級的配準數(shù)據(jù)集，定位標記物的準確識別是獲得亞像素級配準數(shù)據(jù)集的保證。【關(guān)鍵詞】圖像配準；冰凍斷層；數(shù)字化人體Keyrds:iageregistratin;rysetin;digitalhua

2、n1材料與方法1.1數(shù)據(jù)源選擇經(jīng)10%福爾馬林固定1年左右的男性成年尸體2具，自胸骨角平面橫斷，按矢狀位截去兩側(cè)肩部，保存頭頸部。將1例標本按矢狀位，另1例標本按冠狀位放置于冰凍包埋箱內(nèi)冰凍，采用中國數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集采集技術(shù)2獲取頭頸部矢狀位、斜冠狀位斷層圖像數(shù)據(jù)，圖像大小為40643072像素，層間距為0.2。1.2定標點坐標的獲取首先，對矢狀位、冠狀位的頭頸部斷層圖像數(shù)據(jù)的定位標記物進展圖像分析。定位標記物為乳白色硅膠管，其內(nèi)填充了紅色的明膠體。乳白色的硅膠管受周圍藍色明膠體的影響，在斷層圖像上表現(xiàn)為白色，略偏藍色，其特征值與周圍的包埋體相似或一樣，不易自動獲得其圖像信息。管內(nèi)的紅色明

3、膠填充物那么表現(xiàn)為紅色，其紅色特征信息比周圍的藍色明膠包埋體的色彩明顯，可采用圖像處理的方法來自動獲得定位標記物的重心坐標。本研究根據(jù)定位標記物的特征值，采用atlab軟件確定所有斷層圖像的4個自定義矩形框中符合紅色定標物特征值的所有點的坐標值，并計算每個定位標記物的重心坐標，將計算的結(jié)果存入Exel文件中。atlab核心代碼如下：if(RGB(i,j,1)80)(RGB(i,j,1)-RGB(i,j,2)10)(RGB(i,j,1)-RGB(i,j,3)10)xy(k,kk,1)=xy(k,kk,1)+i;xy(k,kk,2)=xy(k,kk,2)+j;xy(k,kk,3)=xy(k,kk,

4、3)+1;end1.3圖像配準從坐標值文件中選擇第1339至1348層斷層圖像的4個定標點坐標值，計算每個定標點的重心坐標的平均值，4個定標點平均坐標值分別為P1(356.883，226.944)、P2(3646.889，303.238)、P3(3607.516，2337.031)、P4(353.793，2385.031)，以該4個平均坐標值為基準定標點，將所有斷層圖像上的定標點與之進展圖像配準。從Exel文件中讀取4個定標點坐標點作為配準點，分別計算每個配準點與標準配準點的x和y坐標的偏向值，以最小偏向值的2對配準點作為配準基準點，其余2對坐標值作為配準后的參考評價指標。以基于2對配準點的剛

5、體變換算法來進展圖像配準。在atlab中用p2tfr求坐標變換矩陣，用itransfr進展圖像變換，并調(diào)整坐標體系。代碼如下：Aerial=iread(unregistered_iage)t_nrd=p2tfr(input_pints,base_pints,prjetive);registered=itransfr(Aerial,t_nrd,biubi,XData,1size(Aerial,2)，YData,1size(Aerial,1);irite(registered,file_nae);1.4驗證1.4.1連續(xù)圖像觀察利用atlab軟件提供的圖像裁切函數(shù)irp裁切配準圖像中心區(qū)域5004

6、00pixels大小的連續(xù)斷層圖像，用AdSee看圖軟件對裁切的圖像進展連續(xù)觀察，觀察斷層間的變化情況，記錄有跳動的圖像序號，分析出現(xiàn)圖像配準偏向的原因，重新獲取或根據(jù)規(guī)律計算出這些圖像的定標點坐標，重新進展圖像配準。1.4.2定標點坐標檢測采用相應(yīng)的定標點坐標獲取的方法獲取配準圖像上定標點的新坐標，對配準前后定標點坐標，在atlab軟件中計算各斷層圖像上定標點坐標與標準定標點坐標之間的x、y分量的差，分別記為Dxixix0和Dyiyiy0，當偏向最小的兩個定標點的Dxi、Dyi任一分量差大于1時，用PhtShp軟件對該圖像上任兩個標記點進展紅色值填充，再重新獲取定標點坐標并進展自動配準，重新

7、計算Dxi、Dyi值。搜索Dxi和Dyi的最大值，分別為Sx=ax(|Dxi|)和Sy=ax(|Dyi|)。當Dxi、Dyi的值均小于1時，那么滿足圖像配準要求。1.4.3重采樣圖像驗證將配準后數(shù)據(jù)集中的頸部連續(xù)斷層導(dǎo)入Aira可視化軟件中，利用重采樣功能獲得兩例標本的程度位斷層圖像，觀察頸部皮膚邊緣，如皮膚邊緣無突變現(xiàn)象，那么滿足圖像配準要求。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2結(jié)果2.1定位標記物的中心坐標a:原始圖像;b:無背景圖像;:標記物分割圖像圖1標記物圖像的自動分割1：皮膚邊緣；2：原始斷層的明暗光帶；3：聲韌帶；4：甲狀軟骨；5：環(huán)甲關(guān)節(jié)；6：頸總動脈圖2經(jīng)聲韌帶重采樣斷層原始斷層為矢狀位

8、根據(jù)定標點的RGB分量的特點，在atlab軟件中利用RGB分量的差值實現(xiàn)了對第2例頭頸部冰凍銑切斷層的定標點中心坐標的自動提取和自動配準。局部斷層圖像上定標點配準前后的坐標值分別見表1和表2。所有原始斷層中4個定標點的最大差值分別為：(65.365，117.118)、(79.809，53.911)、(70.449，59.526)、(163.606，191.214)。表1局部原始圖像定標點坐標值表2局部配準圖像有效定標點的新坐標值表2中“0表示的定標點不是配準的參考點，其余數(shù)字為配準后定標點的坐標值。經(jīng)統(tǒng)計分析，配準點坐標值與相應(yīng)標準定標點之差大于1的斷層圖像有7層，大于2個像素的有3層。經(jīng)重新標記、自動配準后的相應(yīng)坐標值之差小于1個像素。所有配準后斷層中配準點與相應(yīng)標準定標點的最大偏向Sx，Sy為：(0.984，0.968)。2.2配準數(shù)據(jù)集的驗證對配準后的圖像采用看圖軟件進展了快速觀察，在完好圖像的連續(xù)觀察中，除7層配準誤差超過1個像素的圖像外，其余定標點和標本圖像均能平