[发明专利]微分同胚Demons图像配准方法、系统及存储介质

权利要求书

1.一种微分同胚Demons图像配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择参考图像s和浮动图像f；

S2、设置初始形变位移场t₀；

S3、选择Demons力计算更新位移场u；

S4、对更新位移场u进行高斯卷积；

S5、采用adam优化算法对浮动图像每个体素处更新的位移自适应调整步长，并更新初始的形变位移场t₀，得到空间变换c，具体过程为：

S51、基于u更新有偏差的一阶矩和二阶矩m和v，其中：

m_n←β₁·m_n-1+(1-β₁)·u

v_n←β₂·v_n-1+(1-β₂)·u²

式中，β₁是一阶矩估计的指数衰减率，β₂是二阶矩估计的指数衰减率，m和v是中间变换矩阵，其初始设置为零矩阵，在每次迭代中更新，n为迭代次数；

S52、更新无偏差的一阶矩和二阶矩和其中：

S53、通过复合运算更新初始位移场t₀得到空间变换c：

式中，ξ为常数，η是学习率；

S6、对空间变换c进行高斯卷积得到更新的形变位移场t_n，n是迭代次数；

S7、采用更新的形变位移场t_n对浮动图像f进行空间变换得到变形后的浮动图像f'；

S8、判断是否迭代终止，若是则输出更新的形变位移场t_n；否则转向步骤S3。

2.根据权利要求1所述的微分同胚Demons图像配准方法，其特征在于，初始形变位移场t₀采用与参考图像大小相同的单位矩阵。

3.根据权利要求1所述的微分同胚Demons图像配准方法，其特征在于，选择Demons力计算更新位移场u，具体为：

Demons力为原始Demons力、主动Demons力或对称Demons力，分别对应于原始Demons算法、主动Demons算法以及对称Demons算法，选择Demons力计算更新位移场u，其中，

原始Demons力的表达式为：

主动Demons力的表达式为：

对称Demons力的表达式为：

式中，f代表浮动图像，s代表参考图像，(f-s)是两幅图像对应体素灰度值的差异，▽f和▽s分别对应浮动图像和参考图像的梯度，u＝(u_x,u_y,u_z)是每个体素在x、y和z方向的位移量，是归一化因子，u的上限是

4.根据权利要求1～3任一项所述的微分同胚Demons图像配准方法，其特征在于，对更新位移场u采用u←K_fluid*u进行高斯卷积，其中，K_fluid即是高斯滤波器的σ值。

5.根据权利要求1～3任一项所述的微分同胚Demons图像配准方法，其特征在于，对空间变换c通过t_n←K_diff*c进行高斯卷积得到更新的形变位移场t_n，其中，K_fluid是高斯滤波器的σ值。