影像配准作为影像处理的基本手段之一,在医学领域发挥了重要作用。面对当今恶性肿瘤高发病率与高死亡率时代,精准放疗对影像配准技术提出了新的挑战,无论是肿瘤靶区及其周边正常器官的精准勾画与定位,还是结合多种影像信息对患者的综合诊疗,都离不开高精度的影像配准。此外,良好的影像配准系统不但能提高医生的工作效率,还能提升医生判断的准确度。基于当前需求,开发出一款精度高、功能齐全、界面友好的配准系统已成为医学领域的迫切需求。鉴于当前多模态配准与非刚性配准的准确度较低、配准系统质量参差不齐等问题,本文对传统基于互信息的配准算法进行了改进,同时设计和开发了相应的影像配准系统。主要研发内容如下:(1)针对互信息配准算法易出现局部极值等问题,提出在原目标函数基础上添加弯曲能量惩罚与标志点对间欧氏距离两正则项,并合理控制目标函数中各项权重,完成不同维数、不同部位、不同模态的影像配准。通过大量的实验证明了该方法对软组织较多、形变较大情况下的配准有良好的效果。(2)在Windows系统下集成了医学图像分割与配准工具包ITK、医学图像可视化工具包VTK、图形用户界面Qt及医学图像配准工具包Elastix,搭建了系统开发平台,该平台可为系统开发提供丰富的影像配准及可视化分析方法。(3)基于以上平台,设计开发了一款集影像配准、可视化评估、形变场处理功能于一体的医学影像配准系统,该系统支持DICOM标准影像格式,提供基于互信息、相关系数的经典配准方法和本文提出的基于互信息及正则项的配准方法。配准结束后可通过系统完成配准结果的可视化评估,同时用户可根据需求选择是否需要输出形变场。(4)对系统进行功能性测试时,针对多模态影像起始差异较大导致配准效果不佳的问题,选用中间影像作为桥梁,分步完成影像配准。实验发现该方法可化繁为简,满足较高精度的配准要求。(5)最终系统测试结果表明,该配准系统具有功能完善、界面友好、扩展性强等特点。