第三章 elastix

3.1 介绍

what	where
Website	http://elastix.isi.uu.nl
SVN repository	https://svn.bigr.nl/elastix/trunkpublic
Dashboard	http://my.cdash.org/index.php?project=elastix
WIKI	http://elastix.isi.uu.nl/wiki.php
FAQ	http://elastix.isi.uu.nl/FAQ.php
Mailing list subscription	http://lists.bigr.nl/mailman/listinfo/elastix
Mailing list	[email protected]

elastix的发展始于2003年半至晚期，旨在促进我们的配准研究。在一些初始版本之后，我们决定将elastix的单独组件放在单独的库中。 这是2004年11月的主要版本3.0。elastix 3.0也是在elastix网站上公开提供的第一个版本，大约在同一时间。 今天（2015年9月4日）的持续发展带给我们4.8版本。

what	where
Website	http://elastix.isi.uu.nl
SVN repository	https://svn.bigr.nl/elastix/trunkpublic
Dashboard	http://my.cdash.org/index.php?project=elastix
WIKI	http://elastix.isi.uu.nl/wiki.php
FAQ	http://elastix.isi.uu.nl/FAQ.php
Mailing list subscription	http://lists.bigr.nl/mailman/listinfo/elastix
Mailing list	[email protected]

该网站还包含一个doxygen1生成的部分，提供源代码的文档。 有关所有可用类的概述，请参见http://elastix.isi.uu.nl/doxygen/classes.html.
对于每个类，给出了该类的描述，以及如何在elastix中使用它的信息。 参见
http://elastix.isi.uu.nl/doxygen/modules.html 了解所有可用组件的概述。

3.1.1 主要特征

elastix 是

• 开源，可从http://elastix.isi.uu.nl 免费获得;
• 基于ITK，所以代码库被彻底测试。 对原始ITK代码进行了一些修改/添加，例如使用采样器，使用组合或添加组合多个转换的转换类等。
• 适合多种图像格式。 使用ITK意味着，所有由ITK支持的图像格式都由elastix支持。 一些常用的（医疗）图像格式有：.mhd（MetaIO），
  .hdr（Analyze），.nii（NIfTI），.gipl，.dcm（DICOM片）。 elastix不直接支持DICOM目录;
• 多平台（至少Windows，Linux和Mac OS），多编译器（至少Visual C ++ 2008，2010，gcc 4.x，clang 3.3+），并支持32位和64位系统。 基础ITK代码建立在更多平台上，请参见www.itk.org/Wiki/ITK_Prerequisites。 所以，它是高度可移植到用户选择的平台;
• 高度可配置：所有配准组件都有很多选择。 通过人类可读和可编辑的参数文件，选择适合您需求的配置非常简单;
• 易于使用的大量数据，因为elastix 可以轻松地在脚本中调用;
• 快速，由于随机子采样Klein et al.[2007]，感谢多线程和代码优化Shamonin el al.[2014];
• 相对容易扩展，即添加新的组件，因此它非常适合于研究。

3.2 开始

本节介绍如何直接从二进制文件安装elastix ，或者自己编译elastix 。

3.2.1 最简单开始

使用elastix开始的最简单的方法是使用预编译的二进制文件。

1. 从网站下载压缩档案：http://elastix.isi.uu.nl/download.php
2. 将存档提取到您选择的文件夹。
3. 确保您的操作系统可以找到该程序：
   (a) Windows 7：转到控制面板，进入“系统”，进入“高级系统设置”，点击“环境变量”，将文件夹添加到变量“路径”中。
   (b) Linux：将以下行添加到.bashrc文件中：

export PATH=folder/bin:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=folder/lib:$LD_LIBRARY_PATH

或者使用完整路径调用elastix：fullPathToFolder \ elastix。 请注意，在Linux中，您必须设置LD_LIBRARY_PATH。

3.2.2 简单开始

也可以自己编译elastix，因为源代码是免费的。 在本节中，我们假设您使用Windows下的Microsoft Visual C ++ 2008（或更高版本）编译器，以及Linux / MacOS下的GCC编译器。

1. 下载并安装CMake： www.cmake.org.
2. 下载并编译ITK版本4.8：www.itk.org。 确保将以下（高级）CMake变量设置为ON： Module_ITKReview，以及可选的ITK_USE_64BITS_IDS and ITK _LEGACY_REMOVE.。 为了更快地构建ITK，您可以关闭 BUILD_EXAMPLES和BUILD_TESTING。
3. 获取来源。 有三种可能性：
   (a) 从网站下载压缩源。 将存档提取到您选择的。
   (b) 使用subversion（https://subversion.tigris.org） 查看从subversion版本库的版本：

svn co --username elastixguest --password elastixguest
https://svn.bigr.nl/elastix/tagspublic/elastix_XX_X 

其中XX_X是主版本号（前2位数字）和次要版本号（1位数字）。 所以，例如，对于版本4.8，这将是04_8。
(c) 使用subversion查看最新的开发版本。 注意：这个版本可能不稳定！

svn co --username elastixguest --password elastixguest
https://svn.bigr.nl/elastix/trunkpublic 

4. 运行CMake for elastix：
   (a) Windows：启动CMake。 找到具有源代码的src文件夹。 设置要创建二进制文件的文件夹。 单击“配置”，然后选择您使用的编译器。 将CMAKE_ INSTALL_PREFIX设置为要安装elastix的目录。 单击“配置”，直到所有缓存值不再为红色，然后单击“生成”。
   (b) Linux：从要创建二进制文件的文件夹运行CMake，使用提取源的文件夹作为命令行参数：ccmake 。 将CMAKE_BUILD_TYPE设置为“Release”，将CMAKE_INSTALL_PREFIX设置为要安装elastix的目录。
   CMake将为您的编译器创建一个项目或解决方案或创建文件。
5. 通过打开项目并在release模式下选择“编译”，或者通过运行make install在Linux上编译elastix。 您的编译器现在将创建elastix二进制文件。 在Windows上，您还可以通过“编译”INSTALL项目来执行安装步骤（将二进制文件复制到CMAKE_INSTALL_PREFIX目录）。
6. 确保您的操作系统可以找到程序，请参见上文。

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对于开发人员：运行CMake时，您可以切换“高级”选项的显示。 在此列表中，您会发现几个选项，如USE_BSplineTransform ON / OFF。 默认情况下只有最常用的组件是ON。 为了减少编译时间，您可以将某些您不打算使用的组件关闭。 但要小心，不要关闭基本组件。 release的二进制文件将编译所有ON的组件。

3.3 如何调用elastix

elastix是一个命令行程序，虽然自版本4.7（2014年2月）起初支持库接口可用，请参见第7.3.2节。 这意味着您必须打开一个命令行界面（一个DOS框，一个shell）并输入一个相应的elastix命令。 这也意味着没有图形用户界面。 使用该程序的帮助可以如下获取：elastix --help
这将给出一个强制和可选参数的列表。 运行配准的最基本的命令如下：
elastix -f fixedImage.ext -m movingImage.ext -out outputDirectory -p parameterFile.txt
'ext'是图像文件的扩展名。上述参数是强制性的。这些是运行elastix最少需要的。参数文件是一个重要的文件：它在正常文本中包含执行什么样的配准（即什么是度量，优化程序等）以及定义配准的参数。它为该过程提供了大量的灵活性和控制。有关参数文件的更多信息，请参见第3.4节。elastix的所有输出都写入输出目录，在运行elastix之前需要创建它。输出包括一个日志文件（elastix.log），与固定和运动图像相关联的变换Tμ的参数（TransformParameters.?txt），以及可能的结果的注册图像IM（Tμ（x） ）（result.?mhd）。日志文件包含在配准期间打印到屏幕的所有消息。此外，parameterFile.txt也被复制到日志文件中，并且包含TransformParameters.?.txt文件的内容。因此，日志文件对故障排除特别有用。

除了强制参数外，还有一些可选参数。 可以通过将-fMask fixedMask.ext和/或-mMask movingMask.ext添加到命令行来提供掩码图像。 可以通过将-t0 TransformParameters.txt添加到命令行来为初始化转换提供有效的转换参数文件。 使用命令行选项-threads unsigned int，用户可以指定elastix将使用的最大线程数。

连续运行多个配准，每个可能是不同的类型，并且以前配准的输出作为下一个配准的输入，可以通过几种方式用elastix来完成。 第一个是在首次配准时运行elastix一次，并使用其输出（在输出目录中可以找到TransformParameter.0.txt）作为输入，使用命令行参数-t0进行新的elastix运行。 所以：

elastix -f ... -m ... -out out1 -p param1.txt
elastix -f ... -m ... -out out2 -p param2.txt -t0 out1/TransformParameters.0.txt
elastix -f ... -m ... -out out3 -p param3.txt -t0 out2/TransformParameters.0.txt

等等。 另一种可能性是将配准与一个elastix组合：
elastix ... -p param1.txt -p param2.txt -p param3.txt
使用（2.18）和（2.19）的一个等式，自动组合来自每个配准的转换。

在elastix网站上，在“关于”部分，您可以找到有关如何使用该程序的示例。 也许现在是尝试这个例子并看到一个配准的时候了。

3.4 参数文件

参数文件是定义配准组件及其参数值的文本文件。 提供参数如下：
(ParameterName value(s))
所以在括号之间提供参数，首先是名称，后跟一个或多个值。 如果值为string类型，那么需要引用这些值：
(ParameterName "value1" ... "valueN")

可以通过用'//'启动行来提供注释。 给定参数的顺序并不重要，但参数只能指定一次。 附录A给出了有效参数文件的一个最小例子。每个类的可用参数列表在http://elastix.isi.uu.nl/doxygen/parameter.html 中给出。 参数文件的示例可以在wiki下找到：http://elastix.bigr.nl/wiki/index.php/Parameter_file_database.

由于几个组件和参数值的选择定义了配准，因此明智地设置它们是非常重要的。 这些选择是什么使配准成功或灾难。 因此，单独的一章专门用于调整配准，参见第5章。