三维旋转估计及其在医学影像配准中的应用

目的:针对基于迭代优化的影像配准方法在迭代初始值离目标值较远的情况下普遍需要消耗较多的时间或者易陷入局部极值的问题,提出了一种基于局部梯度信息统计相关的三维旋转估计方法。方法:首先通过构建三维高斯梯度滤波器求出影像的局部梯度,然后根据局部梯度计算出影像的方向分布直方图,最后由两幅影像对应的方向分布直方图相关匹配的结果估计旋转差异。将该方法应用于基于优化的医学影像刚体配准中,比较在没有初始值估计和由该方法提供初始值估计的两种不同情况下配准迭代所需的时间以及配准后的效果。结果:经过测试,当虚拟旋转的角度不是很大时(比如在20°以内),该方法估计的结果与虚拟变换设定值之间的偏差通常不会超过3°,一般在2°以内。同时,该方法在医学影像配准中的应用明显减少了迭代所需的时间,且相比较由于不了解迭代初始值的信息而将其假设为零的情况,通过应用该方法来估计初始值有效降低了优化在迭代过程中陷入局部极值的可能。结论:当影像之间的旋转差异不是太大时(比如不超过20°),可以采用本文提出的方法来估计旋转,并且能获得较为理想的估计结果。此外,该方法在医学影像刚体配准中的应用提高了迭代优化的效率,也有助于进一步避免局部最优的问题。