Faculté des sciences et techniques de l'ingénieur STI, Département de microtechnique, Institut d'imagerie et optique appliquée IOA (Laboratoire d'imagerie biomédicale LIB)

Elastic image registration using parametric deformation models

Kybic, Jan ; Unser, Michael (Dir.)

Thèse sciences techniques Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2001 ; no 2439.

Ajouter à la liste personnelle
    Summary
    The main topic of this thesis is elastic image registration for biomedical applications. We start with an overview and classification of existing registration techniques. We revisit the landmark interpolation which appears in the landmark-based registration techniques and add some generalizations. We develop a general elastic image registration algorithm. It uses a grid of uniform B-splines to describe the deformation. It also uses B-splines for image interpolation. Multiresolution in both image and deformation model spaces yields robustness and speed. First we describe a version of this algorithm targeted at finding unidirectional deformation in EPI magnetic resonance images. Then we present the enhanced and generalized version of this algorithm which is significantly faster and capable of treating multidimensional deformations. We apply this algorithm to the registration of SPECT data and to the motion estimation in ultrasound image sequences. A semi-automatic version of the registration algorithm is capable of accepting expert hints in the form of soft landmark constraints. Much fewer landmarks are needed and the results are far superior compared to pure landmark registration. In the second part of this thesis, we deal with the problem of generalized sampling and variational reconstruction. We explain how to reconstruct an object starting from several measurements using arbitrary linear operators. This comprises the case of traditional as well as generalized sampling. Among all possible reconstructions, we choose the one minimizing an a priori given quadratic variational criterion. We give an overview of the method and present several examples of applications. We also provide the mathematical details of the theory and discuss the choice of the variational criterion to be used.
    Résumé
    Le sujet principal de cette thèse est la mise en correspondance élastique pour des applications biomédicales. Nous commençons par résumer et classer les méthodes existantes de mise en correspondance. Nous revisitons les techniques d'interpolation utilisées pour la mise en correspondance basée sur des repères. Nous avons développé un algorithme général de mise en correspondance élastique. La déformation est décrite à l'aide de B-splines posés sur une grille uniforme. Nous utilisons les B-splines également pour interpoler les images. L'apport de la multirésolution — pour l'image et pour le modèle de déformation — rend l'algorithme rapide et robuste. Premièrement, nous présentons une version de l'algorithme destinée à la correction des déformations unidirectionnelles dans les images fonctionnelles de résonance magnétique. Deuxièmement, nous décrivons une version améliorée et généralisée de cet algorithme, capable de traiter des déformations multidimensionnelles. Nous appliquons cet algorithme aux problèmes de la création d'un atlas des images SPECT et de l'estimation de mouvement dans les séquences ultrasoniques. Un extension de l'algorithme permet d'utiliser les repères choisises par un expert comme des indications pour améliorer la qualité de la mise en correspondence dans les cas difficiles. Dans la deuxième partie de la thèse, nous traitons le problème de l'échantillonnage généralisé et de la reconstructions variationnelle. Nous expliquons comment reconstruire un objet à partir de plusieurs mesures linéaires. Parmi toutes les reconstructions, nous choisissons celle qui minimise un critère quadratique variationel. Nous présentons une vue d'ensemble de cette méthode ainsi que plusieurs exemples. Nous discutons le choix du critère à employer.