高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于互信息的荧光素眼底血管造影图像序列的自动配准方法

刘小燕 王皓浩 孙刚 张谱 刘敏 高玲

刘小燕, 王皓浩, 孙刚, 张谱, 刘敏, 高玲. 基于互信息的荧光素眼底血管造影图像序列的自动配准方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(8): 1919-1926. doi: 10.11999/JEIT170868
引用本文: 刘小燕, 王皓浩, 孙刚, 张谱, 刘敏, 高玲. 基于互信息的荧光素眼底血管造影图像序列的自动配准方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(8): 1919-1926. doi: 10.11999/JEIT170868
Xiaoyan LIU, Haohao WANG, Gang SUN, Pu ZHANG, Min LIU, Ling GAO. A Novel Automatic Registration Method for Fluorescein Fundus Angiography Sequences Based on Mutual Information[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(8): 1919-1926. doi: 10.11999/JEIT170868
Citation: Xiaoyan LIU, Haohao WANG, Gang SUN, Pu ZHANG, Min LIU, Ling GAO. A Novel Automatic Registration Method for Fluorescein Fundus Angiography Sequences Based on Mutual Information[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(8): 1919-1926. doi: 10.11999/JEIT170868

基于互信息的荧光素眼底血管造影图像序列的自动配准方法

doi: 10.11999/JEIT170868
详细信息
    作者简介:

    刘小燕:女,1973年生,教授,博士生导师,研究方向为图像处理技术及其应用、智能建模与控制

    王皓浩:男,1994年生,硕士生,研究方向为医学图像处理技术

    孙刚:男,1992年生,博士生,研究方向为医学图像处理技术

    张谱:男,1985年生,博士生,研究方向为视网膜、脉络膜及玻璃体相关疾病

    刘敏:男,1981年生,副教授,博士生导师,研究方向为计算机视觉、模式识别以及机器学习

    高玲:女,1968年生,主任医师,研究方向为视网膜、脉络膜及玻璃体相关疾病

    通讯作者:

    刘小燕   xiaoyan.liu@hnu.edu.cn

  • 中图分类号: TP391; R445

A Novel Automatic Registration Method for Fluorescein Fundus Angiography Sequences Based on Mutual Information

  • 摘要: 荧光素眼底血管造影技术(FFA)是眼底疾病诊断的金标准,但是造影过程中病人不可避免地转动眼球,造成FFA图像序列中感兴趣区域(例如视网膜血管分支、新生血管)的位置发生变化,给后续的图像定量分析与病情准确评估诊断带来困难。针对上述问题,该文提出一种基于互信息的FFA图像序列配准方法。首先采用多尺度线性滤波方法分割出图像中的血管,并利用图像金字塔对分割后的图像进行下采样,然后利用互信息计算待配准图像与参考图像的相似性,通过进化策略对配准参数进行优化,获得互信息最大时图像的空间变换矩阵,实现FFA图像的配准。采用上述方法,对4位患者共计1039帧FFA图像进行测试,总体配准率达到93%,失败率仅为1%;与常用的配准方法相比,所提方法的配准率、配准速度和鲁棒性等综合性能良好,为FFA影像的定量分析在未来的临床应用奠定了基础。
  • 图  1  基于互信息的FFA图像序列配准方法流程图

    图  2  线性滤波器示意图

    图  3  FFA序列图像分割示意图

    图  4  基于互信息的变换矩阵优化过程

    图  5  患者1#FFA图像序列配准过程的参考图像、待配准图像以及配准前后的棋盘图

    图  6  配准失败的图像示例

    图  7  本文算法、GDB-ICP及Glocker B算法对完全充盈期FFA图像的配准棋盘图

    图  8  本文算法、GDB-ICP及Glocker B算法对静脉开始充盈期FFA图像的配准棋盘图

    表  1  本文算法的配准精度测试结果

    编号 FFA图像序列的总帧数n 配准效果 失败率(%) 配准率P(%)
    Y1类帧数 Y2类帧数 F1类帧数 F2类帧数
    患者1# 218 195 10 12 1 0.4 94
    患者2# 219 205 5 9 0 0 96
    患者3# 261 232 13 8 8 3.0 94
    患者4# 341 299 10 30 2 0.6 91
    总计 1039 931 38 59 11 1.0 93
    下载: 导出CSV

    表  2  GDB-ICP算法对4位患者的FFA图像序列配准精度

    编号 FFA图像序列的总帧数 配准效果 失败率(%) 配准率P(%)
    Y1类帧数 Y2类帧数 F1类帧数 F2类帧数
    患者1# 218 170 2 14 32 15 79
    患者2# 219 172 3 6 38 17 80
    患者3# 261 244 1 6 10 4 94
    患者4# 341 295 13 17 16 6 90
    总计 1039 881 19 43 96 9 87
    下载: 导出CSV

    表  3  Glocker B算法对4位患者的FFA图像序列配准精度

    编号 FFA图像序列的总帧数 配准效果 失败率(%) 配准率P(%)
    Y1类帧数 Y2类帧数 F1类帧数 F2类帧数
    患者1# 218 106 1 1 110 50 49
    患者2# 219 82 1 29 107 49 38
    患者3# 261 75 3 60 123 47 30
    患者4# 341 227 2 18 94 28 67
    总计 1039 490 7 108 434 42 48
    下载: 导出CSV

    表  4  本文算法、GDB-ICP以及Glocker B算法的运行时间对比(min)

    编号 FFA图像序列帧数 本文算法 GDB-ICP Glocker B
    患者1# 218 32.45 68.17 13.08
    患者2# 219 31.75 62.42 13.33
    患者3# 261 37.93 101.13 15.32
    患者4# 341 50.35 125.77 20.00
    下载: 导出CSV
  • DREO J, NUNES J C, and SIARRY P. Robust rigid registration of retinal angiograms through optimization[J]. Computerized Medical Imaging & Graphics, 2006, 30(8): 453-463. DOI: 10.1016/j.compmedi mag.2006.07.004.
    LAAKSONEN L, CLARIDGE E, FÄLT P, et al. Comparison of image registration methods for composing spectral retinal images[J]. Biomedical Signal Processing & Control, 2017, 36: 234-245. DOI: 10.1016/j.bspc.2017.03.003.
    COPELAND A, MANGOUBI R, DESAI M, et al. Enhancing the surgeons reality: Smart visualization of bolus time of arrival and blood flow anomalies from time lapse series for safety and speed of cerebrovascular surgery[C]. IEEE Applied Imagery Pattern Recognition Workshop, Washington, DC, USA, 2009: 1–4.
    GHASSABI Z, SHANBEHZADEH J, and MOHAMMADZADEH A. A structure-based region detector for high-resolution retinal fundus image registration[J]. Biomedical Signal Processing & Control, 2016, 23: 52-61.DOI: 10.1016/j.bspc.2015.08.005
    PEREZROVIRA A, CABIDO R, TRUCCO E, et al. RERBEE: Robust efficient registration via bifurcations and elongated elements applied to retinal fluorescein angiogram sequences[J]. IEEE Transactions on Medical Imaging, 2012, 31(1): 140-150. DOI: 10.1109/TMI.2011.2167517.
    TSAI C L, LI Chunyi, YANG Gehua, et al. The edge-driven dual-bootstrap iterative closest point algorithm for registration of multimodal fluorescein angiogram sequence[J]. IEEE Transactions on Medical Imaging, 2010, 29(3): 636-649. DOI: 10.1109/TMI.2009.2030324.
    汪立, 蒋念平. 基于改进Harris角点检测的视网膜图像配准[J]. 电子科技, 2017, 30(2): 119–122. DOI: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.02.031.

    WANG Li and JIANG Nianping. Retinal image registration based on improved Harris corner detection[J]. Electronic Science and Technology, 2017, 30(2): 119–122. DOI: 10.16180/j.cnki.iss n1007-7820.2017.02.031.
    YAVUZ Z and KÖSE C. Retinal fundus image registration using bifurcation and crossover points[C]. Signal Processing and Communication Application Conference, Zonguldak, Turkey, 2016: 1485–1488.
    PALRAJ P and VENNILA I. Retinal fundus image registration via blood vessel extraction using binary particle swarm optimization[J]. Journal of Medical Imaging & Health Informatics, 2016, 6(2): 328-337. DOI: 10.1166/jmihi.2016.1701
    SAHA S K, DI X, FROST S, et al. A two-step approach for longitudinal registration of retinal images[J]. Journal of Medical Systems, 2016, 40: 277. DOI: 10.1007/s10916-016-0640-0.
    CAN A, STEWART C V, TANENBAUM H L, et al. A Feature-based, robust, hierarchical algorithm for registering pairs of images of the curved human retina[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 2002, 24(3): 347-364. DOI: 10.1109/34.990136.
    李英杰, 张俊举, 常本康, 等. 电子与信息学报, 2016. 38(1): 8-14. DOI: 10.11999/JEIT150479.

    LI Yingjie, ZHANG Junju, CHANG Benkang, et al. A multi - band infrared image joint registration and fusion method[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2016. 38(1): 8-14. DOI: 10.11999/JEIT150479.
    HENEGHAN C, MAGUIRE P, RYAN N, et al. Retinal image registration using control points[C]. Proceedings IEEE International Symposium on Biomedical Imaging, Washington, DC, USA, 2002: 349–352. doi: 10.1109/ISBI. 2002.1029265.
    刘妍, 余淮, 杨文, 等. 利用SAR-FAST角点检测的合成孔径雷达图像配准方法[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(2): 430–436. DOI: 10.11999/JEIT160386.

    LIU Yan, YU Huai, YANG Wen, et al. Synthetic aperture radar image registration method using SAR - FAST corner detection [J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2017, 39(2): 430–436. DOI: 10.11999/JEIT160386.
    LALIBERTÉ F, GAGNON L, and SHENG Y. Registration and fusion of retinal images--an evaluation study[J]. IEEE Transactions on Med Imaging, 2003, 22(5): 661-673. DOI: 10.1109/TMI.2003.812263.
    任克强, 胡梦云. 基于改进SURF算子的彩色图像配准算法[J]. 电子测量与仪器学报, 2016, 30(5): 748-756. DOI: 10.13382/j.jemi.2016.05.011.

    REN Keqiang and HU Mengyun. Color image registration algorithm based on improved SURF operator[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2016, 30(5): 748-756. DOI: 10.13382/j.jemi.2016.05.011.
    CHEN Jian, TIAN Jie, LEE N, et al. A partial intensity invariant feature descriptor for multimodal retinal image registration[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2010, 57(7): 1707-1718. DOI: 10.1109/TBME.2010.2042169.
    WANG Guang, WANG Zhicheng, CHEN Yufei, et al. Robust point matching method for multimodal retinal image registration[J]. Biomedical Signal Processing & Control, 2015, 19: 68-76. DOI: 10.1016/j.bspc.2015.03.004.
    YANG G, STEWART C V, SOFKA M, et al. Registration of challenging image pairs: initialization, estimation, and decision[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis & Machine Intelligence, 2007, 29(11): 1973-1989. DOI: 10.1109/TPAMI.2007.1116.
    NUNES J C and BOUAOUNE Y. A multiscale elastic registration scheme for retinal angiograms[J]. Computer Vision & Image Understanding, 2004, 95(2): 129-149. DOI: 10.1016/j.cviu.2004.03.007.
    NGUYEN U T V, BHUIYAN A, PARK L A F, et al. An effective retinal blood vessel segmentation method using multi-scale line detection[J]. Pattern Recognition, 2013, 46(3): 703-715. DOI: 10.1016/j.patcog.2012.08.009.
    STYNER M, BRECHBÜHLER C, SZCKELY G, et al. Parametric estimate of intensity inhomogeneities applied to MRI[J]. IEEE Transactions on Medical Imaging, 2000, 19(3): 153-165. DOI: 10.1109/42.845174.
    GLOCKER B, KOMODAKIS N, PARAGIOS N, et al. Inter and intra-modal deformable registration: Continuous deformations meet efficient optimal linear programming[C]. IPMI'07 Processings of the 20th International Conference on Information Processing in Medical Imaging, Kerkrade, The Netherlands, 2007: 408–420.
  • 加载中
图(8) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  1798
  • HTML全文浏览量:  761
  • PDF下载量:  60
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-14
  • 修回日期:  2018-05-09
  • 网络出版日期:  2018-06-07
  • 刊出日期:  2018-08-01

目录

    /

    返回文章
    返回