苏州医工所戴亚康团队在多模态影像配准研究中取得进展

　　

　　多模态医学影像分析是肿瘤诊断、放疗规划和影像引导的介入治疗等诊疗过程的关键技术，其中多模态影像配准是其重要环节，实现更加精准快速的多模态影像配准具有重要的临床意义。 

　　多模态影像配准难点在于不同模态影像的灰度、纹理差异较大，组织结构的特征表征学习较为困难；部分脏器（如肝脏）受呼吸运动影响，组织存在非线性大形变。经典的基于迭代优化计算的多模态影像配准方法主要利用最大化相似性测度来寻找影像的最优空间变换参数，但存在迭代优化计算量大、配准时间长、易陷入局部极值的缺点。基于弱监督深度学习的多模态影像配准方法需要标签数据驱动，存在标签数据获取耗时耗力，标签噪声易影响配准结果的缺点。以上因素制约了多模态影像配准精度进一步提升。 

　　为此，苏州医工所戴亚康研究员团队联合温州医科大学附属第五医院和苏州大学附属第二医院提出了多尺度空间权重联合双相似性测度的无监督学习多模态影像配准方法并应用于肝脏CT-MRI影像配准。该方法通过结合深度学习网络的多尺度形变框架，实现从粗到细的逐步配准，提升大形变配准精度；然后使用双通道输入的空间权重模块，提升网络对多模态影像中大形变区域的特征表达能力；再使用双重损失函数，在约束整体配准的同时配准脏器内部结构细节，进一步提高多模态影像配准精度。 

　　临床影像数据的实验结果表明，所提出的配准方法在DSC、Hd95、TRE、SSIM等多项指标上超越了多个经典配准方法。该研究工作的价值在于为更加精准快速的多模态影像配准提供了新方法，有望应用于多模态大形变影像融合建模和介入手术计划导航系统等。 

　　该研究成果以“Unsupervised registration for liver CT-MR images based on the multiscale integrated spatial-weight module and dual similarity guidance”为题发表于Computerized Medical Imaging and Graphics。其中，论文第一作者为苏州医工所周志勇研究员和硕士研究生王帅坤，通讯作者为苏州医工所戴亚康研究员和温州医科大学附属第五医院纪建松主任医师。 

　　该项工作获得了国家重点研发计划项目（2018YFA0703101），国家自然科学基金（62271480, 61971413）等项目的资助与支持。

　　论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0895611123000782 

　　表1 配准结果对比 

Method	DSC (%)	Hd95(mm)	|JΦ|≤0(%)	TRE (mm)	SSIM (%)	Time(s)
Initial	76.26±10.38	15.00±5.59	-	41.84±24.03	38.21±11.34	-
Affine	87.50±3.63	9.03±4.09	-	11.80±7.30	44.71±10.08	31.95±4.05
Elastix	92.31±2.04	5.84±2.55	0.00±0.00	8.03±3.25	49.69±9.28	133.10±8.75
VoxelMorph	90.42±2.71	7.76±2.42	0.20±0.13	10.65±4.36	52.18±9.24	0.200±0.013
Proposed	92.70±1.75	5.83±2.35	0.02±0.04	6.52±2.94	56.67±9.08	0.332±0.009

 

　　图1 肝脏整体及内部配准结果可视化