文献综述
1 研究背景及意义
随着现代医学影象设备技术的发展，高科技含量的医学影象设备广泛应用于临床诊断及治疗中。但是，由于医学设备成像的原理不同，造成了多种成像模式。如CT、MR、SPECT、PET、DSA、超声图像、电阻抗图像等，这些图像可以提供关于病变组织或器官的解剖或功能信息。在实际临床应用中，单一模态的图像往往不能提供医生所需要的足够的信息，通常需要将不同模态的图像融合在一起，得到更丰富的信息以便了解病变组织或器宣的综合信息，从而做出准确的诊断或制订出合适的治疗方案。对于牙颌CT影像的分割与配准有很多方法，本科题拟采用ITK作为牙颌CT影像配准库，对CT影像进行配准，以确保在分割过程中每层CT影像都能处于正确位置。ITK是一个开放的、面向对象的类库，它主要提供了医学图像分割和配准的算法平台，大量使用了1998年以后ANSI C 标准里面的新特性，尤其是模块，它是基于范式编程这种思想来设计和实现的[1][1]。ITK采用Pipeline机制，它可以处理任何类型的数据，可以用相应的类对任何类型的数据进行转换和处理，根据所要处理的原始数据类型的不同和所使用的算法以及所要达到的结果我们可以设计和建立起自己的流程[2][1]。所以运用ITK这个工具包有很大的方便之处，有很大的研究前景。ITK具有强大的医学图像分割和配准功能，目前采用Open Source的形式支持发行，因此深受开发人员的青眯，它已经并且继续成为医学影像领域内的研究人员的一个分割和配准算法的仓库和基础[3][2]。
2 国内外研究现状
2.1 国外基于ITK的医学图像配准研究的发展状况
近年来，现代大型医疗成像技术有了飞速的发展，新的成像方法不断出现，医学图像成为医学诊断和治疗中的关键依据和参考之一，不仅应用于临床各科室的诊断中，而且也应用于治疗计划的设计中，外科手术的评估以及放射治疗的评估当中，它几乎贯穿于诊断和治疗的每个重要阶段。医学图像处理和分析的作用日益为人们所认识。图像配准是图像比较、图像融合、处理分析和目标识别的必要前提，是其它图像处理算法和应用的基础[4][3]。国外早在70年代就已展开了图像配准的研究，提出了各种各样的配准方法。产生了大量的学术论文，关于图像配准相关的专利申请，在美国2006年网上公布的申请专利项目中，就多达50多项。很多大型公司如IBM等都设立了专门的工作组从事图像配准的研究。
针对图像配准广泛的应用前景，在发达国家，高校、企业加大投入和研究力度，开发了许多包含配准功能的高质量医学影像软件和算法平台，使图像配准自动化和模板化。德国汉堡大学开发的Voxel-man实现了高质量人体结构医学图像分析及可视化。德国癌症研究中心（DKFZ)开发了一个免费的开源的医学影像交互工具包（MITK)，实现了多模医学图像的配准。不过综合大量的论文和相关文献看出ITK还是应用最广泛的。
2.2 我国基于ITK的医学图像配准研究的发展状况
21世纪将是医学影像设备广泛应用的世纪，巨大的商机必然引起各相关行业的重视，尤其是采用VTK和ITK进行的研究及开发已逐渐在行业中被认可。国内虽在这方面研究较晚，但是进展喜人。各大科研机构、院校的专家、学者都进行了大量研究工作，提出了许多可行的算法，为医学影像算法平台研究和应用进行有益尝试。如中科院自动化研究所田捷教授领导的课题组将ITK和VTK集成开发出一个用于医学的小型算法平台，并以此为基础开发了一个图像处理软3DMed[5][4]，并配套建立了技术支持和社区交流的专刷网站，是医学影像算法研究与应用的典范。所以研究和学习VIK和ITK，对开发医学图像算法平台有很大帮助。目前随着我国改革开放的深化和综合国力的不断提高，我国从国外进口了越来越多的高精密的医疗设备并在医疗临床上广泛使用。然而，由于国内缺乏配套的开发队伍，一般使用的都是国外公司随机器附带的软件，使得我国对这些高精密医疗设备利用及研发的速度缓慢。考虑到目前以硬件设备为主的医疗器械都必须配套相应的计算机软件，软件成本和开支将逐步超过硬件。
另外，虽然目前我国也逐步具备了医疗器械的生产能力，但是高质量的配套软件仍然相当缺乏，因为软件的编制依赖于对科学问题的数学描述和计算方法，医学影像的计算模型和计算方法将成为制约医学软件业的首要因素。积累发展具有我国自主知识产权的高质量的医学影像软件平台，尤其是底层的算法研发平台，对促进我国医学科学研究和高档医疗仪器设备生产，具有重大意义。如上所述，医学影像处理算法分割、配准和三维可视化三个主要研究领域目前都已经有非常多的成熟算法，并且新算法还在不断出现[6][5]。在我国，医学影像算法研究较早的有首都医科大学罗述谦教授”[7][6]，他出版了专著和举办了一系列讲座将国外先进技术介绍给国内，并开发出互信息配准系统，取得了显著成果。第一军医大学李树祥教授领导的课题组较早使用OpenGL进行颅脑可视化显示，在三维可视化方面取得丰硕成果口，上海交通大学庄天戈、顾立糊教授在图像配准、图像引导外科手术研究取得重要进展，并逐步开始使用VTK和ITK来进行研究工作[8][7]。东南大学罗立民教授领导的课题组为上海东影医疗设备影像公司开发出放射治疗软件系统和新型神经外科手术导航系统[9][8].浙江大学段会龙教授领导的科研团队是较早使用VTK和ITK算法平台进行研究和开发的单位，在分割、配准融合、三维可视化方面取得广泛研究成果[10][9]。清华大学高上凯教授课题组也是使用VTK和ITK较早的单位，他们拥有VTK和ITK所有的工具书、软件和资料[11][10]。
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