前列腺癌(PCa)是男性泌尿生殖系统最常见的肿瘤之一。在西方国家,PCa发病率和死亡率名列第三。随着我国特异性抗原检测的普及、饮食和生活习惯的日趋西化,导致近三十年PCa发病率显著升高。PCa的预后和治疗主要取决于早期诊断与术前分期。尽早诊断和尽早治疗可有效降低PCa死亡率。弥散加权图像序列(DWI)及表观弥散系数(ADC)图可无创检测活体组织水弥散受限特性的改变,具有较高的敏感性特异性优势,因此被认作是PCa的最优诊断方法之一。前列腺DWI在成像过程中,由于体位移动等导致的运动会引起序列内前列腺位置和形状的变化。对于因此类运动而产生错位的DWI序列,临床中使用的磁共振扫描仪工作站通常直接利用其计算ADC值并用于PCa量化评估,从而导致高估ADC值或估计出错误值。高估ADC值会低估组织水弥散受限程度,影响PCa分期;错误值会造成ADC图模糊,影响PCa病灶定位。作为后处理技术,图像配准可有效的解决这一问题,提高DWI及ADC值在PCa诊断中的效能,具有重要临床应用价值。本文通过对前列腺DWI序列非刚性配准的研究及其在PCa量化分析诊断中的应用与实现,为基于磁共振图像的PCa自动诊断系统奠定了基础。本文开展的研究工作和研究成果主要包括以下几个方面:(1)基于三重匹配准则约束的特征点对仿射配准算法。为了快速、准确地消除成像过程中因体位移动或呼吸运动等原因而产生的漂移,提出了基于特征点对匹配确定图像变换关系的仿射配准算法。通过局部信息熵最大、互信息测度最大、距离比例不变三重准则,确定浮动图像中与参考图像中特征点匹配。然后利用这些特征点对,采用矩阵求解最小二乘法估计两幅图像的仿射变换参数。实验结果表明,本算法获得了更高的特征点对匹配率及配准精度;(2)基于单射性约束的B样条自由形变(FFD)配准算法。为了补偿成像过程中软组织受到其它脏器挤压等原因而产生的扭曲及形变,满足临床应用中保持DW图像中疑似病灶组织弥散受限而生成的纹理特征的要求,提出了一种约束的多分辨率FFD算法。该算法通过在代价函数中增加单射性约束,限制形变场影响范围。实验结果表明,算法具有弥散纹理特征保持和配准精度高的特性。(3)针对前列腺DWI序列中同时存在的漂移和形变错位问题,提出了一种自动混合配准算法。该算法包括全局性仿射配准和局部性FFD配准两部分,可校正不同尺度的图像错位。实验结果表明,该方法可同时实现有效的前列腺漂移运动校正和扭曲形变补偿。算法具有较高鲁棒性,可保持前列腺癌变组织内水分子的弥散纹理细节,避免非预期形变。(4)分析了ADC值在前列腺各解剖分区良恶性肿瘤鉴别中的诊断价值,评估了图像配准对ADC诊断PCa的效能的影响。通过计算和分析19例PCa样本的中前列腺各分区正常组织与癌变组织ADC值,并以穿刺病理结果为对照,得出结论,ADC值可用于PCa鉴别、定位和分期。自动混合配准方法可得到更高可靠性的ADC值,提高PCa在DWI和ADC图中的可见率,进一步明确ADC值与Gleason分级之间的关系,提高DWI和ADC图鉴别PCa和良性病变患者的敏感性和特异性。