跨静态 CT 图像的肺实质物理信息运动配准

肺部损伤，如呼吸机诱导的肺损伤和辐射诱导的肺损伤，可导致肺部生物力学行为的异质性改变。虽然 X 射线和静态计算机断层扫描（CT）等成像方法可以指出健康组织与病变组织之间肺部结构的区域性改变，但它们无法描绘两者之间随时间变化的运动学差异。图像配准作为一种工具近期受到关注，它通过体积膨胀和扭曲等区域形变指标来估计呼吸过程中肺部经历的位移。然而，成功的图像配准通常依赖于具有小位移的连续图像堆栈的时间序列，这在静态成像中受到限制。在本研究中，我们提出了一种有限元（FE）方法，用于从呼气末（EE）和吸气末（EI）时间点采集的静态图像中估计应变，即两个较远时间点之间具有大形变的图像。将生理上真实的载荷施加于 EE 时获取的几何结构上，使其变形以匹配 EI 时获取的几何结构。结果表明，该模拟可以最小化两个几何结构之间的误差。使用大鼠的四维（4D）动态 CT，我们的方法在孤立横截面上估计的应变与使用所有时间点进行非刚性图像配准估计的应变表现出足够的一致性。通过所提方法，我们可以估计 EE 和 EI 之间任意时间点的肺部形变。所提方法提供了一种仅使用在 EE 和 EI 采集的静态图像来估计肺部随时间变化的区域形变的工具。