В этом примере показано, как можно использовать imregister
, imregtform
и imwarp
автоматически выровнять два объемных набора данных: изображение CT и T1 взвесили изображение MR, собранное от того же пациента в разное время. В отличие от некоторых других методов, imregister
и imregtform
не находите функции или используйте контрольные точки. Основанная на интенсивности регистрация является часто подходящей для медицинского и удаленно обнаруженного формирования изображений.
3-D наборы данных CT и MRI, используемые в этом примере, были обеспечены доктором Майклом Фитцпатриком как часть Набора данных Ретроспективной регистрационной оценки изображений (RIRE).
Этот пример использует два 3-D изображения головы того же пациента. В регистрационных проблемах мы полагаем, что одно изображение фиксированное изображение и другое изображение, чтобы быть движущимся изображением. Цель регистрации состоит в том, чтобы выровнять движущееся изображение с фиксированным изображением. В этом примере фиксированное изображение является взвешенным изображением MRI T1. Движущееся изображение, которое мы хотим указать, является изображением CT. Данные хранятся в формате файла, используемом Проектом Ретроспективной регистрационной оценки изображений (RIRE). Используйте multibandread
считать двоичные файлы, которые содержат данные изображения. Используйте helperReadHeaderRIRE
функция, чтобы получить метаданные, сопоставленные с каждым изображением. Можно использовать следующую ссылку, чтобы найти больше информации о формате файла RIRE: формат данных RIRE
fixedHeader = helperReadHeaderRIRE('rirePatient007MRT1.header'); movingHeader = helperReadHeaderRIRE('rirePatient007CT.header'); fixedVolume = multibandread('rirePatient007MRT1.bin',... [fixedHeader.Rows, fixedHeader.Columns, fixedHeader.Slices],... 'int16=>single', 0, 'bsq', 'ieee-be' ); movingVolume = multibandread('rirePatient007CT.bin',... [movingHeader.Rows, movingHeader.Columns, movingHeader.Slices],... 'int16=>single', 0, 'bsq', 'ieee-be' );
helperVolumeRegistration
функция является функцией помощника, которая обеспечивается, чтобы помочь судить качество 3-D регистрационных результатов. Можно в интерактивном режиме вращать представление, и обе оси останутся в синхронизации.
helperVolumeRegistration(fixedVolume,movingVolume);
Можно также использовать imshowpair
смотреть на одну плоскости от фиксированных и движущихся объемов, чтобы получить смысл полного выравнивания объемов. В перекрывающемся изображении от imshowpair
, серые области соответствуют областям, которые имеют подобную интенсивность, в то время как пурпурные и зеленые зоны показывают места, где одно изображение более ярко, чем другой. Используйте imshowpair
наблюдать неверную регистрацию объемов изображений вдоль осевого среза, взятого через центр каждого объема.
centerFixed = size(fixedVolume)/2;
centerMoving = size(movingVolume)/2;
figure
imshowpair(movingVolume(:,:,centerMoving(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Unregistered Axial Slice')
imregconfig
функция дает возможность выбирать правильный оптимизатор и метрическую настройку, чтобы использовать с imregister
. Эти два изображения от двух различной модальности, MRI и CT, таким образом, 'многомодальная' опция является соответствующей.
[optimizer,metric] = imregconfig('multimodal');
Алгоритм используется imregister
будет сходиться к лучшим результатам более быстро, когда пространственная информация ссылки о разрешении и/или местоположении входного формирования изображений будет указана. В этом случае разрешение наборов данных CT и MRI задано в метаданных изображения. Используйте эти метаданные, чтобы создать imref3d
пространственные объекты привязки, которые мы передадим как входные параметры для регистрации.
Rfixed = imref3d(size(fixedVolume),fixedHeader.PixelSize(2),fixedHeader.PixelSize(1),fixedHeader.SliceThickness); Rmoving = imref3d(size(movingVolume),movingHeader.PixelSize(2),movingHeader.PixelSize(1),movingHeader.SliceThickness);
Свойства пространственных объектов привязки задают, где связанные объемы изображений находятся в системе мировой координаты и какова пиксельная степень в каждой размерности. Свойство XWorldLimits Rmoving задает положение движущегося объема в X размерностях. Свойство PixelExtentInWorld задает размер каждого пикселя в мировых единицах измерения в X размерностях (вдоль столбцов). Движущийся объем расширяет от 0,3269 до 334,97 в мире, X систем координат и каждый пиксель имеют степень 0.6536 мм. Модули находятся в миллиметрах, потому что информация о заголовке, используемая, чтобы создать пространственную ссылку, была в миллиметрах. Свойство ImageExtentInWorldX определяет полный объем в мировых единицах измерения объема движущегося изображения в мировых единицах измерения.
Rmoving.XWorldLimits
ans = 1×2
0.3268 334.9674
Rmoving.PixelExtentInWorldX
ans = 0.6536
Rmoving.ImageExtentInWorldX
ans = 334.6406
Неточное совмещение между этими двумя объемами включает перевод, масштабирование и вращение. Используйте преобразование подобия, чтобы указать изображения.
Запустите при помощи imregister
получить зарегистрированный объем выходного изображения, который можно просмотреть и наблюдать непосредственно, чтобы получить доступ к качеству регистрационных результатов.
Задайте установку не по умолчанию для свойства InitialRadius оптимизатора достигнуть лучшей сходимости в регистрационных результатах.
optimizer.InitialRadius = 0.004;
movingRegisteredVolume = imregister(movingVolume,Rmoving, fixedVolume,Rfixed, 'rigid', optimizer, metric);
Используйте imshowpair
снова и повторение процесс исследования выравнивания осевого среза, взятого через центр зарегистрированных объемов, чтобы получить смысл того, насколько успешный регистрация.
figure
imshowpair(movingRegisteredVolume(:,:,centerFixed(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Axial Slice of Registered Volume')
От осевого среза выше, похоже, что регистрация была успешна. Используйте helperVolumeRegistration
снова просмотреть зарегистрированный объем, чтобы продолжить судить успех регистрации.
helperVolumeRegistration(fixedVolume,movingRegisteredVolume);
imregtform
функция может использоваться, когда вы интересуетесь оценкой геометрического преобразования, которая используется imregister
сформировать зарегистрированное выходное изображение. imregtform
использует тот же алгоритм в качестве imregister
и берет те же входные параметры в качестве imregister
. Начиная с визуального осмотра получившегося объема от imregister
обозначенный, что регистрация была успешна, можно вызвать imregtform
с теми же входными параметрами, чтобы сопоставить геометрическое преобразование этим регистрационным результатом.
geomtform = imregtform(movingVolume,Rmoving, fixedVolume,Rfixed, 'rigid', optimizer, metric)
geomtform = affine3d with properties: T: [4x4 double] Dimensionality: 3
Результатом imregtform является объект геометрического преобразования. Этот объект включает свойство, T, который задает 3-D матрицу аффинного преобразования.
geomtform.T
ans = 4×4
0.9704 -0.0143 -0.2410 0
0.0228 0.9992 0.0324 0
0.2404 -0.0369 0.9700 0
-15.8648 -17.5692 29.1830 1.0000
transformPointsForward метод геометрического преобразования может использоваться, чтобы определить, где точка [u, v, w] в движущемся изображении сопоставляет в результате регистрации. Поскольку входные параметры, на которые пространственно ссылаются, были заданы к imregtform, точкам карт геометрического преобразования в системе мировой координаты от перемещения до фиксированного. transformPointsForward метод используется ниже, чтобы определить преобразованное местоположение центра движущегося изображения в системе мировой координаты.
centerXWorld = mean(Rmoving.XWorldLimits); centerYWorld = mean(Rmoving.YWorldLimits); centerZWorld = mean(Rmoving.ZWorldLimits); [xWorld,yWorld,zWorld] = transformPointsForward(geomtform,centerXWorld,centerYWorld,centerZWorld);
Можно использовать worldToSubscript метод Rfixed, чтобы определить элемент фиксированного объема, который выравнивается с центром движущегося объема.
[r,c,p] = worldToSubscript(Rfixed,xWorld,yWorld,zWorld)
r = 116
c = 132
p = 13
imwarp
функция может использоваться, чтобы применить оценку геометрического преобразования от imregtform до 3-D объема. Имя/Значение 'OutputView' используется, чтобы задать пространственный аргумент ссылки, который определяет мировые пределы, и разрешение выхода передискретизировало изображение. Можно привести к тем же результатам, данным imregister
при помощи пространственного объекта привязки, сопоставленного с фиксированным изображением. Это создает выходной объем, в котором мировые пределы и разрешение фиксированного и движущегося изображения являются тем же самым. Если мировые пределы и разрешение обоих объемов являются тем же самым, существует пиксель к пиксельному соответствию между каждой выборкой перемещения и зафиксированными объемами.
movingRegisteredVolume = imwarp(movingVolume,Rmoving,geomtform,'bicubic','OutputView',Rfixed);
Используйте imshowpair снова, чтобы просмотреть осевой срез через центр зарегистрированного объема, произведенного imwarp
.
figure
imshowpair(movingRegisteredVolume(:,:,centerFixed(3)), fixedVolume(:,:,centerFixed(3)));
title('Axial Slice of Registered Volume')
imref3d
| imregconfig
| imregister
| imregtform
| imwarp