摘要：目的：對近年來的醫學圖像配準技術及其研究進展情況進行詳盡地綜述和討論，從而爲開展醫學圖像配準技術在醫學圖像三維重建、醫學圖像可視化和定量分析方面的研究提供參考。方法：首先，查閱國內外近年來醫學圖像配準技術研究的權威文獻；然後，深入分析和研究這些文獻所介紹方法的特點、存在的問題，並針對存在的問題提出可能的解決方案。結果： 透過對近年來醫學圖像配准算法的最新研究進展情況進行深入細緻地分析和討論，在比較了一些典型算法的特點及其應用的基礎上，對醫學圖像配準技術的發展進行了展望。結論：使用最優化策略改進圖像配準質量以及對非剛體圖像配準的研究是今後醫學圖像配準的發展方向。
關鍵詞：醫學圖像配準； 剛體配準； 非剛體配準； 算法評估
前言
近年來，隨着計算機科學和資訊技術的不斷髮展，醫學成像技術也得到了迅速發展，各種新的成像設備不斷涌現，如計算機斷層成像（CT）、數字減影血管造影（DSA）、單光子發射斷層成像（SPECT）、磁共振成像（MRI）正電子發射斷層成像（PET）等。各種成像技術和檢查方法都有它的優勢與不足，並非一種成像技術可以適用於對人體所有器官的檢查和疾病診斷，也不是一種成像技術能取代另一種成像技術，而是相輔相成、相互補充。爲了提高診斷正確率，需要綜合利用患者的各種圖像資訊。目前醫學影像學的一個明顯的發展趨勢是，利用資訊融合技術，將多種醫學圖像結合起來，充分利用不同醫學圖像的特點，在一幅圖像上同時表達來自人體的多方面資訊，使人體內部的結構、功能等多方面的狀況透過影像反映出來，從而更加直觀地提供人體解剖、生理及病理等資訊[1]。要解決多圖像資訊融合問題， 首先要解決圖像配準問題，即多幅圖像在空間域中達到幾何位置的完全對應。
醫學圖像配準是醫學圖像三維重建與可視化的先決條件。利用CT、MRI 獲得的是人體組織或器官的斷層序列圖像。斷層圖像只能提供人體組織或器官的平面資訊，要測量人體組織或器官的體積，或觀察其三維結構，就要利用斷層序列圖像重建出組織或器官的三維圖像。在對人體組織或器官進行掃描過程中，由於在操作的時間間隔中受測個體難以避免的運動，使同一器官或組織在不同的斷層上發生錯位。因此，在對以上得到的序列斷層圖像進行三維重建前，需要糾正上述的錯位現象，即首先要對序列斷層圖像進行配準。另外，醫學圖像配準在臨牀上還有很多的應用，如對病竈發展情況的監控，外科手術導航及放射治療計劃的制訂，對疾病進行回顧性研究及臨牀培訓等。
綜上，醫學圖像配準技術在臨牀上具有重要的應用價值，也是醫學圖像處理領域的研究熱點。本文就空間變換、插值方法、優化算法和相似性測度這四個配準的主要過程，對醫學圖像配准算法的最新研究進展情況進行綜述和討論，並對各種算法的特點及典型應用進行比較和說明。
1 醫學圖像配準方法的研究進展
1.1空間變換
醫學圖像配準主要有剛體配準和非剛體配準之分。不論是剛體配準還是非剛體配準，對圖像進行空間變換是圖像配準過程中一個必不可少的步驟。針對不同的配準目標，所採用的空間變換也是不同的。以下就剛體配準和非剛體配準中所採用的空間變換方法進行討論和分析。
1.1.1 剛體配準的空間變換
對剛體配準常用的空間幾何變換有：剛體變換、仿射變換。如Wein 等[2]人研發了一種應用於手術導航的新方法，採用剛體和仿射變換模型，對超聲掃描圖像和三維重建後相應層的CT 圖像進行自動化配準， 並對此法進行評估。此項研究對象包括25 個病人，其肝臟和腎臟都有隨機性的損害，對這25 個病人圖像進行配準後， 對比內科醫生對配準精度的評價，該自動配准算法的精確度佔76%，程序執行時間少於40s，目標配準誤差的均方差（root-mean-square targetregistration error，RMS TRE） 爲8.1 mm， 比目標標記點配準的方法（9.7 mm）要好。混合損傷器官的配準中RMS TRE 的平均值高於8.1 mm 是可以接受的，特別是當RMS TRE 的平均值代表基於血管特徵改進的點配準時。