Registering different kinds of clinical images widely used in diagnostic and surgery planning. However, cause of tumor growth or effected by gravity, human tissue has plenty of non-rigid deformation with clinically. Non-rigid registration allows the mapping of straight lines to curves. Therefore, such local deformation makes registration more complicated. In this work, we mainly introduce intra-subject, inter-modality registration. This paper mainly studies the nonlinear registration method of 2D medical image registration. The general medical image registration algorithm requires manual intervention, and cost long registration time. In our work to reduce the registration time in rough registration step, the barycenter and the direction of main axis of the image is calculated, which reduces the calculation amount compared with the method of using mutual information.
Kim, Gye-Hyun;Lee, Ho;Kim, Dong-Sung;Kang, Heung-Sik
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.24
no.4
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pp.259-266
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2003
Non-rigid registration between different modality images with shape deformation can be used to diagnosis and study for inter-patient image registration, longitudinal intra-patient registration, and registration between a patient image and an atlas image. This paper proposes a hierarchical registration method using bodily tissue based segmentation for registration between color images and CT images of the Visible Human leg areas. The cross-sectional color images and the axial CT images are segmented into three distinctive bodily tissue regions, respectively: fat, muscle, and bone. Each region is separately registered hierarchically. Bounding boxes containing bodily tissue regions in different modalities are initially registered. Then, boundaries of the regions are globally registered within range of searching space. Local boundary segments of the regions are further registered for non-rigid registration of the sampled boundary points. Non-rigid registration parameters for the un-sampled points are interpolated linearly. Such hierarchical approach enables the method to register images efficiently. Moreover, registration of visibly distinct bodily tissue regions provides accurate and robust result in region boundaries and inside the regions.
In this paper, we propose a non-rigid registration method of lung parenchyma in temporal chest CT scans using region binarization modeling and locally deformable model. To cope with intensity differences between CT scans, we segment the lung vessel and parenchyma in each scan and perform binarization modeling. Then, we match them without referring any intensity information. We globally align two lung surfaces. Then, locally deformable transformation model is developed for the subsequent non-rigid registration. Subtracted quantification results after non-rigid registration are visualized by pre-defined color map. Experimental results showed that proposed registration method correctly aligned lung parenchyma in the full inspiration and expiration CT images for ten patients. Our non-rigid lung registration method may be useful for the assessment of various lung diseases by providing intuitive color-coded information of quantification results about lung parenchyma.
The Journal of Korean Institute of Next Generation Computing
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v.15
no.5
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pp.64-74
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2019
Although a non-rigid registration has high demands in clinical practice, it has a high computational complexity and it is very difficult for ensuring the accuracy and robustness of registration. This study proposes a method of applying a non-rigid registration to 3D magnetic resonance images of brain in an unsupervised learning environment by using a deep-learning network. A feature vector between two images is produced through the network by receiving both images from two different patients as inputs and it transforms the target image to match the source image by creating a displacement vector field. The network is designed based on a U-Net shape so that feature vectors that consider all global and local differences between two images can be constructed when performing the registration. As a regularization term is added to a loss function, a transformation result similar to that of a real brain movement can be obtained after the application of trilinear interpolation. This method enables a non-rigid registration with a single-pass deformation by only receiving two arbitrary images as inputs through an unsupervised learning. Therefore, it can perform faster than other non-learning-based registration methods that require iterative optimization processes. Our experiment was performed with 3D magnetic resonance images of 50 human brains, and the measurement result of the dice similarity coefficient confirmed an approximately 16% similarity improvement by using our method after the registration. It also showed a similar performance compared with the non-learning-based method, with about 10,000 times speed increase. The proposed method can be used for non-rigid registration of various kinds of medical image data.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.10C
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pp.1402-1413
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2004
In non-rigid image registration, the Jacobian determinant of the estimated deformation should be positive everywhere since physical deformations are always invertible. We propose a constrained optimization technique at ensures the positiveness of Jacobian determinant for cubic B-spline based deformation. We derived sufficient conditions for positive Jacobian determinant by bounding the differences of consecutive coefficients. The parameter set that satisfies the conditions is convex; it is the intersection of simple half spaces. We solve the optimization problem using a gradient projection method with Dykstra's cyclic projection algorithm. Analytical results, simulations and experimental results with inhale/exhale CT images with comparison to other methods are presented.
With the recent increase in available high-resolution (< ~1 m) satellite SAR images, the demand for precise registration of SAR images is increasing in various fields including change detection. The registration between high-resolution SAR images acquired in different look angle is difficult due to speckle noise and geometric distortion caused by the characteristics of SAR images. In this study, registration is performed in two stages, coarse and fine, using the x-band SAR data imaged at staring spotlight mode of TerraSAR-X. For the coarse registration, a method combining the adaptive sampling method and SAR-SIFT (Scale Invariant Feature Transform) is applied, and three rigid methods (NCC: Normalized Cross Correlation, Phase Congruency-NCC, MI: Mutual Information) and one non-rigid (Gefolki: Geoscience extended Flow Optical Flow Lucas-Kanade Iterative), for the fine registration stage, was performed for performance comparison. The results were compared by using RMSE (Root Mean Square Error) and FSIM (Feature Similarity) index, and all rigid models showed poor results in all image combinations. It is confirmed that the rigid models have a large registration error in the rugged terrain area. As a result of applying the Gefolki algorithm, it was confirmed that the RMSE of Gefolki showed the best result as a 1~3 pixels, and the FSIM index also obtained a higher value than 0.02~0.03 compared to other rigid methods. It was confirmed that the mis-registration due to terrain effect could be sufficiently reduced by the Gefolki algorithm.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.52
no.8
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pp.500-505
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2003
In this paper, the method to register multiple sets of skull CT images to absolute coordinate system is proposed. Contrary to correspondence paired mapping of previous techniques, four anatomical landmark points, three coplanar points and one non-coplanar point, compose three principal axes simple and unique for efficient registration by means of rigid body transformation. Throughout the numerical simulation with added random noises, the error performances in terms of different rotation and rounding-off of landmark points, and incorrect localization of anatomical landmark and target points are quantitatively analyzed to generalize the proposed technique. Experiments using real skull CT images demonstrate the feasibility for an efficient use in clinical practice.
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2003.04c
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pp.265-267
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2003
해부학적 구조의 변형이 존재하는 신체 부위를 정합하기 위하여 연구되는 non-rigid 정합 방법은 현재 의료 영상 분야에서 매우 중요한 주제이고 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 Visible Human Color 단면 영상과 CT영상 사이에 존재하는 다리 모양의 변형을 정합 하기 위하여 계층적인 non-rigid 정합 방법을 제안하였다. 제안한 계층적 정합 방법은 영역 경계를 이용한 global rigid 정합으로 초기 변형 벡터를 찾고. 정합 할 영역을 sampling하여 local non-rigid 정합을 수행 한 후 결과를 interpolation하여 전체 영역에 대한 최종 정합 벡터를 계산하였다. 결과적으로 더욱 효율적이고 강력한 non-rigid 정합 결과를 얻을 수 있었다.
Due to the development of medical imaging technology, different imaging technologies provide a large amount of effective information. However, different imaging method caused the limitations of information integrity by using single type of image. Combining different image together so that doctor can obtain the information from medical image comprehensively. Image registration algorithm based on mutual information has become one of the hotspots in the field of image registration with its high registration accuracy and wide applicability. Because the information theory-based registration technology is not dependent on the gray value difference of the image, and it is very suitable for multimodal medical image registration. However, the method based on mutual information has a robustness problem. The essential reason is that the mutual information itself is not have enough information between the pixel pairs, so that the mutual information is unstable during the registration process. A large number of local extreme values are generated, which finally cause mismatch. In order to overcome the shortages of mutual information registration method, this paper proposes a registration method combined with image spatial structure information and mutual information.
In this paper, we propose an automatic prostate segmentation method from dynamic magnetic resonance (MR) images. Our method detects contrast-enhanced images among the dynamic MR images using an average intensity analysis. Then, the candidate regions of prostate are detected by the B-spline non-rigid registration and subtraction between the pre-contrast and contrast-enhanced MR images. Finally, the prostate is segmented by performing a dilation operation outward, and sequential shape propagation inward. Our method was validated by ten data sets and the results were compared with the manually segmented results. The average volumetric overlap error was 6.8%, and average absolute volumetric measurement error was 2.5%. Our method could be used for the computer-aided prostate diagnosis, which requires an accurate prostate segmentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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