Segmentation and reconstruction of 3D artery models for surgical planning

Master'sMASTER OF SCIENC

Minimal Path Methods for Segmentation and Analysis of 2D and 3D Line Structures

Image segmentation plays a vital role in many applications of computer vision. Segmentation is not only an important task in its own right, but also a prerequisite for many further image analysis steps. Consequently, segmentation is one of the most active research areas of computer vision. In this thesis, line structures are considered, which have quite different characteristics compared to common objects in natural 2D images: Line structures are much thinner and longer, and often they have little color or texture information such as blood vessels in medical images. To cope with these challenges, minimal path methods are commonly used. In this thesis, two new methods are introduced which are extensions of existing minimal path methods. The first method is a novel hybrid approach for automatic 3D segmentation and quantification of high-resolution 7 Tesla magnetic resonance angiography (MRA) images of the human cerebral vasculature. Our approach consists of two main steps. First, a 3D model-based approach is used to segment and quantify thick vessels and most parts of thin vessels. Second, remaining vessel gaps of the first step in low-contrast and noisy regions are completed using a 3D minimal path approach, which exploits directional information. We present two novel minimal path approaches: The first is an explicit approach based on energy minimization using probabilistic sampling, and the second is an implicit approach based on fast marching with anisotropic directional prior. The second method we introduce is a novel minimal path method for the segmentation of 2D and 3D line structures. Minimal path methods perform propagation of a wavefront emanating from a start point at a speed derived from image features, followed by path extraction using backtracing. Usually, the computation of the speed and the propagation of the wave are two separate steps, and point features are used to compute a static speed. We introduce a new continuous minimal path method which steers the wave propagation progressively using dynamic speed based on path features. We present three instances of our method, using an appearance feature of the path, a geometric feature based on the curvature of the path, and a joint appearance and geometric feature based on the tangent of the wavefront. Such features have not been used in previous continuous minimal path methods. We compute the features dynamically during the wave propagation, and also efficiently using a fast numerical scheme and a low-dimensional parameter space. Our method does not suffer from discretization or metrication errors. We conducted quantitative and qualitative experimental evaluations of our methods using 2D and 3D images from different application areas, including synthetic images, retinal images, satellite images of streets, rivers, and bridges, and 3D 7T MRA images of human brain vessels

Generalizable automated pixel-level structural segmentation of medical and biological data

Over the years, the rapid expansion in imaging techniques and equipments has driven the demand for more automation in handling large medical and biological data sets. A wealth of approaches have been suggested as optimal solutions for their respective imaging types. These solutions span various image resolutions, modalities and contrast (staining) mechanisms. Few approaches generalise well across multiple image types, contrasts or resolution. This thesis proposes an automated pixel-level framework that addresses 2D, 2D+t and 3D structural segmentation in a more generalizable manner, yet has enough adaptability to address a number of specific image modalities, spanning retinal funduscopy, sequential fluorescein angiography and two-photon microscopy. The pixel-level segmentation scheme involves: i ) constructing a phase-invariant orientation field of the local spatial neighbourhood; ii ) combining local feature maps with intensity-based measures in a structural patch context; iii ) using a complex supervised learning process to interpret the combination of all the elements in the patch in order to reach a classification decision. This has the advantage of transferability from retinal blood vessels in 2D to neural structures in 3D. To process the temporal components in non-standard 2D+t retinal angiography sequences, we first introduce a co-registration procedure: at the pairwise level, we combine projective RANSAC with a quadratic homography transformation to map the coordinate systems between any two frames. At the joint level, we construct a hierarchical approach in order for each individual frame to be registered to the global reference intra- and inter- sequence(s). We then take a non-training approach that searches in both the spatial neighbourhood of each pixel and the filter output across varying scales to locate and link microvascular centrelines to (sub-) pixel accuracy. In essence, this \link while extract" piece-wise segmentation approach combines the local phase-invariant orientation field information with additional local phase estimates to obtain a soft classification of the centreline (sub-) pixel locations. Unlike retinal segmentation problems where vasculature is the main focus, 3D neural segmentation requires additional exibility, allowing a variety of structures of anatomical importance yet with different geometric properties to be differentiated both from the background and against other structures. Notably, cellular structures, such as Purkinje cells, neural dendrites and interneurons, all display certain elongation along their medial axes, yet each class has a characteristic shape captured by an orientation field that distinguishes it from other structures. To take this into consideration, we introduce a 5D orientation mapping to capture these orientation properties. This mapping is incorporated into the local feature map description prior to a learning machine. Extensive performance evaluations and validation of each of the techniques presented in this thesis is carried out. For retinal fundus images, we compute Receiver Operating Characteristic (ROC) curves on existing public databases (DRIVE & STARE) to assess and compare our algorithms with other benchmark methods. For 2D+t retinal angiography sequences, we compute the error metrics ("Centreline Error") of our scheme with other benchmark methods. For microscopic cortical data stacks, we present segmentation results on both surrogate data with known ground-truth and experimental rat cerebellar cortex two-photon microscopic tissue stacks.Open Acces

Contributions to Ensemble Classifiers with Image Analysis Applications

134 p.Ésta tesis tiene dos aspectos fundamentales, por un lado, la propuesta denuevas arquitecturas de clasificadores y, por otro, su aplicación a el análisis deimagen.Desde el punto de vista de proponer nuevas arquitecturas de clasificaciónla tesis tiene dos contribucciones principales. En primer lugar la propuestade un innovador ensemble de clasificadores basado en arquitecturas aleatorias,como pueden ser las Extreme Learning Machines (ELM), Random Forest (RF) yRotation Forest, llamado Hybrid Extreme Rotation Forest (HERF) y su mejoraAnticipative HERF (AHERF) que conlleva una selección del modelo basada enel rendimiento de predicción para cada conjunto de datos específico. Ademásde lo anterior, proveemos una prueba formal tanto del AHERF, como de laconvergencia de los ensembles de regresores ELMs que mejoran la usabilidad yreproducibilidad de los resultados.En la vertiente de aplicación hemos estado trabajando con dos tipos de imágenes:imágenes hiperespectrales de remote sensing, e imágenes médicas tanto depatologías específicas de venas de sangre como de imágenes para el diagnósticode Alzheimer. En todos los casos los ensembles de clasificadores han sido la herramientacomún además de estrategias especificas de aprendizaje activo basadasen dichos ensembles de clasificadores. En el caso concreto de la segmentaciónde vasos sanguíneos nos hemos enfrentado con problemas, uno relacionado conlos trombos del Aneurismas de Aorta Abdominal en imágenes 3D de tomografíacomputerizada y el otro la segmentación de venas sangineas en la retina. Losresultados en ambos casos en términos de rendimiento en clasificación y ahorrode tiempo en la segmentación humana nos permiten recomendar esos enfoquespara la práctica clínica.Chapter 1Background y contribuccionesDado el espacio limitado para realizar el resumen de la tesis hemos decididoincluir un resumen general con los puntos más importantes, una pequeña introducciónque pudiera servir como background para entender los conceptos básicosde cada uno de los temas que hemos tocado y un listado con las contribuccionesmás importantes.1.1 Ensembles de clasificadoresLa idea de los ensembles de clasificadores fue propuesta por Hansen y Salamon[4] en el contexto del aprendizaje de las redes neuronales artificiales. Sutrabajo mostró que un ensemble de redes neuronales con un esquema de consensogrupal podía mejorar el resultado obtenido con una única red neuronal.Los ensembles de clasificadores buscan obtener unos resultados de clasificaciónmejores combinando clasificadores débiles y diversos [8, 9]. La propuesta inicialde ensemble contenía una colección homogena de clasificadores individuales. ElRandom Forest es un claro ejemplo de ello, puesto que combina la salida de unacolección de árboles de decisión realizando una votación por mayoría [2, 3], yse construye utilizando una técnica de remuestreo sobre el conjunto de datos ycon selección aleatoria de variables.2CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 31.2 Aprendizaje activoLa construcción de un clasificador supervisado consiste en el aprendizaje de unaasignación de funciones de datos en un conjunto de clases dado un conjunto deentrenamiento etiquetado. En muchas situaciones de la vida real la obtenciónde las etiquetas del conjunto de entrenamiento es costosa, lenta y propensa aerrores. Esto hace que la construcción del conjunto de entrenamiento sea unatarea engorrosa y requiera un análisis manual exaustivo de la imagen. Esto se realizanormalmente mediante una inspección visual de las imágenes y realizandoun etiquetado píxel a píxel. En consecuencia el conjunto de entrenamiento esaltamente redundante y hace que la fase de entrenamiento del modelo sea muylenta. Además los píxeles ruidosos pueden interferir en las estadísticas de cadaclase lo que puede dar lugar a errores de clasificación y/o overfitting. Por tantoes deseable que un conjunto de entrenamiento sea construido de una manera inteligente,lo que significa que debe representar correctamente los límites de clasemediante el muestreo de píxeles discriminantes. La generalización es la habilidadde etiquetar correctamente datos que no se han visto previamente y quepor tanto son nuevos para el modelo. El aprendizaje activo intenta aprovecharla interacción con un usuario para proporcionar las etiquetas de las muestrasdel conjunto de entrenamiento con el objetivo de obtener la clasificación másprecisa utilizando el conjunto de entrenamiento más pequeño posible.1.3 AlzheimerLa enfermedad de Alzheimer es una de las causas más importantes de discapacidaden personas mayores. Dado el envejecimiento poblacional que es una realidaden muchos países, con el aumento de la esperanza de vida y con el aumentodel número de personas mayores, el número de pacientes con demencia aumentarátambién. Debido a la importancia socioeconómica de la enfermedad enlos países occidentales existe un fuerte esfuerzo internacional focalizado en laenfermedad del Alzheimer. En las etapas tempranas de la enfermedad la atrofiacerebral suele ser sutil y está espacialmente distribuida por diferentes regionescerebrales que incluyen la corteza entorrinal, el hipocampo, las estructuras temporaleslateral e inferior, así como el cíngulo anterior y posterior. Son muchoslos esfuerzos de diseño de algoritmos computacionales tratando de encontrarbiomarcadores de imagen que puedan ser utilizados para el diagnóstico no invasivodel Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 41.4 Segmentación de vasos sanguíneosLa segmentación de los vasos sanguíneos [1, 7, 6] es una de las herramientas computacionalesesenciales para la evaluación clínica de las enfermedades vasculares.Consiste en particionar un angiograma en dos regiones que no se superponen:la región vasculares y el fondo. Basándonos en los resultados de dicha particiónse pueden extraer, modelar, manipular, medir y visualizar las superficies vasculares.Éstas estructuras son muy útiles y juegan un rol muy imporntate en lostratamientos endovasculares de las enfermedades vasculares. Las enfermedadesvasculares son una de las principales fuentes de morbilidad y mortalidad en todoel mundo.Aneurisma de Aorta Abdominal El Aneurisma de Aorta Abdominal (AAA)es una dilatación local de la Aorta que ocurre entre las arterias renal e ilíaca. Eldebilitamiento de la pared de la aorta conduce a su deformación y la generaciónde un trombo. Generalmente, un AAA se diagnostica cuando el diámetro anterioposteriormínimo de la aorta alcanza los 3 centímetros [5]. La mayoría delos aneurismas aórticos son asintomáticos y sin complicaciones. Los aneurismasque causan los síntomas tienen un mayor riesgo de ruptura. El dolor abdominalo el dolor de espalda son las dos principales características clínicas que sugiereno bien la reciente expansión o fugas. Las complicaciones son a menudo cuestiónde vida o muerte y pueden ocurrir en un corto espacio de tiempo. Por lo tanto,el reto consiste en diagnosticar lo antes posible la aparición de los síntomas.Imágenes de Retina La evaluación de imágenes del fondo del ojo es una herramientade diagnóstico de la patología vascular y no vascular. Dicha inspecciónpuede revelar hipertensión, diabetes, arteriosclerosis, enfermedades cardiovascularese ictus. Los principales retos para la segmentación de vasos retinianos son:(1) la presencia de lesiones que se pueden interpretar de forma errónea comovasos sanguíneos; (2) bajo contraste alrededor de los vasos más delgados, (3)múltiples escalas de tamaño de los vasos.1.5 ContribucionesÉsta tesis tiene dos tipos de contribuciones. Contribuciones computacionales ycontribuciones orientadas a una aplicación o prácticas.CHAPTER 1. BACKGROUND Y CONTRIBUCCIONES 5Desde un punto de vista computacional las contribuciones han sido las siguientes:¿ Un nuevo esquema de aprendizaje activo usando Random Forest y el cálculode la incertidumbre que permite una segmentación de imágenes rápida,precisa e interactiva.¿ Hybrid Extreme Rotation Forest.¿ Adaptative Hybrid Extreme Rotation Forest.¿ Métodos de aprendizaje semisupervisados espectrales-espaciales.¿ Unmixing no lineal y reconstrucción utilizando ensembles de regresoresELM.Desde un punto de vista práctico:¿ Imágenes médicas¿ Aprendizaje activo combinado con HERF para la segmentación deimágenes de tomografía computerizada.¿ Mejorar el aprendizaje activo para segmentación de imágenes de tomografíacomputerizada con información de dominio.¿ Aprendizaje activo con el clasificador bootstrapped dendritic aplicadoa segmentación de imágenes médicas.¿ Meta-ensembles de clasificadores para detección de Alzheimer conimágenes de resonancia magnética.¿ Random Forest combinado con aprendizaje activo para segmentaciónde imágenes de retina.¿ Segmentación automática de grasa subcutanea y visceral utilizandoresonancia magnética.¿ Imágenes hiperespectrales¿ Unmixing no lineal y reconstrucción utilizando ensembles de regresoresELM.¿ Métodos de aprendizaje semisupervisados espectrales-espaciales concorrección espacial usando AHERF.¿ Método semisupervisado de clasificación utilizando ensembles de ELMsy con regularización espacial

Automatic system for personal authentication using the retinal vessel tree as biometric pattern

[Resumen] La autenticación fiable de personas es un servicio cuya demanda aumenta en muchos campos, no sólo en entornos policiales o militares sino también en aplicaciones civiles tales como el control de acceso a zonas restringidas o la gestión de transacciones nancieras. Los sistemas de autenticación tradicionales están basados en el conocimiento (una palabra clave o un PIN ) o en la posesión (una tarjeta, o una llave). Dichos sistemas no son su cientemente ables en numerosos entornos, debido a su incapacidad común para diferenciar entre un usuario verdaderamente autorizado y otro que fraudulentamente haya adquirido el privilegio. Una solución para estos problemas se encuentra en las tecnologías de autenticación basadas en biometría. Un sistema biométrico es un sistema de reconocimiento de patrones que establece la autenticidad de los individuos caracterizándolos por medio de alguna característica física o de comportamiento. Existen muchas tecnologías de autenticación, algunas de ellas ya implementadas en paquetes comerciales. Las técnicas biométricas más comunes son la huella digital, probablemente la característica más antigua usada en biometría, iris, cara, geometría de la mano y, en cuanto a las características de comportamiento, reconocimiento de voz y rma. Hoy en día, la mayoría de los esfuerzos en los sistemas biométricos van encaminados al diseño de entornos más xi xii seguros donde sea más difícil, o virtualmente imposible, crear una copia de las propiedades utilizadas en el sistema para discriminar entre usuarios autorizados y no autorizados. En este contexto, el patrón de vasos sanguíneos en la retina se presenta como una característica biométrica relativamente joven pero muy interesante debido a sus propiedades inherentes. La más importante es que se trata de un patrón único para cada individuo. Además, al ser una característica interna es casi imposible crear una copia falsa. Por último, otra propiedad interesante es que el patrón no cambia signi cativamente a lo largo del tiempo excepto en casos de algunas patologías serias y no muy comunes. Por todo ello, el patrón de retina puede ser considerado un rasgo biométrico válido para la autenticación personal ya que es único, invariante en el tiempo y casi imposible de imitar. Por otra parte, el mayor incoveniente en el uso del patrón de vasos de la retina como característica biométrica radica en la etapa de adquisición todav ía percibida por el usuario como invasiva e incómoda. Hoy en día, existen mecanismos para obtener imágenes digitales de manera instantánea a través de cámaras no invasivas pero estos avances requieren a su vez una mayor tolerancia a variaciones en la calidad de la imagen adquirida y, por tanto, métodos computacionales más elaborados que sean capaces de procesar la información en entornos más heterogéneos. En esta tesis se presenta un nuevo sistema de autenticación automático usando el árbol retiniano como característica biométrica. El objetivo es diseñar y desarrollar un patrón biométrico robusto y compacto que sea fácilmente manejable y almacenable en dispositivos móviles de hoy en día como tarjetas con chip. La plantilla biométrica desarrollada a partir del árbol retiniano consiste en sus puntos característicos (bifurcaciones y cruces entre vasos) de forma que no sea necesario el almacenamiento y procesado de todo el árbol para realizar la autenticación

A retinal vasculature tracking system guided by a deep architecture

Many diseases such as diabetic retinopathy (DR) and cardiovascular diseases show their early signs on retinal vasculature. Analysing the vasculature in fundus images may provide a tool for ophthalmologists to diagnose eye-related diseases and to monitor their progression. These analyses may also facilitate the discovery of new relations between changes on retinal vasculature and the existence or progression of related diseases or to validate present relations. In this thesis, a data driven method, namely a Translational Deep Belief Net (a TDBN), is adapted to vasculature segmentation. The segmentation performance of the TDBN on low resolution images was found to be comparable to that of the best-performing methods. Later, this network is used for the implementation of super-resolution for the segmentation of high resolution images. This approach provided an acceleration during segmentation, which relates to down-sampling ratio of an input fundus image. Finally, the TDBN is extended for the generation of probability maps for the existence of vessel parts, namely vessel interior, centreline, boundary and crossing/bifurcation patterns in centrelines. These probability maps are used to guide a probabilistic vasculature tracking system. Although segmentation can provide vasculature existence in a fundus image, it does not give quantifiable measures for vasculature. The latter has more practical value in medical clinics. In the second half of the thesis, a retinal vasculature tracking system is presented. This system uses Particle Filters to describe vessel morphology and topology. Apart from previous studies, the guidance for tracking is provided with the combination of probability maps generated by the TDBN. The experiments on a publicly available dataset, REVIEW, showed that the consistency of vessel widths predicted by the proposed method was better than that obtained from observers. Moreover, very noisy and low contrast vessel boundaries, which were hardly identifiable to the naked eye, were accurately estimated by the proposed tracking system. Also, bifurcation/crossing locations during the course of tracking were detected almost completely. Considering these promising initial results, future work involves analysing the performance of the tracking system on automatic detection of complete vessel networks in fundus images.Open Acces

Automatic Spatiotemporal Analysis of Cardiac Image Series

RÉSUMÉ À ce jour, les maladies cardiovasculaires demeurent au premier rang des principales causes de décès en Amérique du Nord. Chez l’adulte et au sein de populations de plus en plus jeunes, la soi-disant épidémie d’obésité entraînée par certaines habitudes de vie tels que la mauvaise alimentation, le manque d’exercice et le tabagisme est lourde de conséquences pour les personnes affectées, mais aussi sur le système de santé. La principale cause de morbidité et de mortalité chez ces patients est l’athérosclérose, une accumulation de plaque à l’intérieur des vaisseaux sanguins à hautes pressions telles que les artères coronaires. Les lésions athérosclérotiques peuvent entraîner l’ischémie en bloquant la circulation sanguine et/ou en provoquant une thrombose. Cela mène souvent à de graves conséquences telles qu’un infarctus. Outre les problèmes liés à la sténose, les parois artérielles des régions criblées de plaque augmentent la rigidité des parois vasculaires, ce qui peut aggraver la condition du patient. Dans la population pédiatrique, la pathologie cardiovasculaire acquise la plus fréquente est la maladie de Kawasaki. Il s’agit d’une vasculite aigüe pouvant affecter l’intégrité structurale des parois des artères coronaires et mener à la formation d’anévrismes. Dans certains cas, ceux-ci entravent l’hémodynamie artérielle en engendrant une perfusion myocardique insuffisante et en activant la formation de thromboses. Le diagnostic de ces deux maladies coronariennes sont traditionnellement effectués à l’aide d’angiographies par fluoroscopie. Pendant ces examens paracliniques, plusieurs centaines de projections radiographiques sont acquises en séries suite à l’infusion artérielle d’un agent de contraste. Ces images révèlent la lumière des vaisseaux sanguins et la présence de lésions potentiellement pathologiques, s’il y a lieu. Parce que les séries acquises contiennent de l’information très dynamique en termes de mouvement du patient volontaire et involontaire (ex. battements cardiaques, respiration et déplacement d’organes), le clinicien base généralement son interprétation sur une seule image angiographique où des mesures géométriques sont effectuées manuellement ou semi-automatiquement par un technicien en radiologie. Bien que l’angiographie par fluoroscopie soit fréquemment utilisé partout dans le monde et souvent considéré comme l’outil de diagnostic “gold-standard” pour de nombreuses maladies vasculaires, la nature bidimensionnelle de cette modalité d’imagerie est malheureusement très limitante en termes de spécification géométrique des différentes régions pathologiques. En effet, la structure tridimensionnelle des sténoses et des anévrismes ne peut pas être pleinement appréciée en 2D car les caractéristiques observées varient selon la configuration angulaire de l’imageur. De plus, la présence de lésions affectant les artères coronaires peut ne pas refléter la véritable santé du myocarde, car des mécanismes compensatoires naturels (ex. vaisseaux----------ABSTRACT Cardiovascular disease continues to be the leading cause of death in North America. In adult and, alarmingly, ever younger populations, the so-called obesity epidemic largely driven by lifestyle factors that include poor diet, lack of exercise and smoking, incurs enormous stresses on the healthcare system. The primary cause of serious morbidity and mortality for these patients is atherosclerosis, the build up of plaque inside high pressure vessels like the coronary arteries. These lesions can lead to ischemic disease and may progress to precarious blood flow blockage or thrombosis, often with infarction or other severe consequences. Besides the stenosis-related outcomes, the arterial walls of plaque-ridden regions manifest increased stiffness, which may exacerbate negative patient prognosis. In pediatric populations, the most prevalent acquired cardiovascular pathology is Kawasaki disease. This acute vasculitis may affect the structural integrity of coronary artery walls and progress to aneurysmal lesions. These can hinder the blood flow’s hemodynamics, leading to inadequate downstream perfusion, and may activate thrombus formation which may lead to precarious prognosis. Diagnosing these two prominent coronary artery diseases is traditionally performed using fluoroscopic angiography. Several hundred serial x-ray projections are acquired during selective arterial infusion of a radiodense contrast agent, which reveals the vessels’ luminal area and possible pathological lesions. The acquired series contain highly dynamic information on voluntary and involuntary patient movement: respiration, organ displacement and heartbeat, for example. Current clinical analysis is largely limited to a single angiographic image where geometrical measures will be performed manually or semi-automatically by a radiological technician. Although widely used around the world and generally considered the gold-standard diagnosis tool for many vascular diseases, the two-dimensional nature of this imaging modality is limiting in terms of specifying the geometry of various pathological regions. Indeed, the 3D structures of stenotic or aneurysmal lesions may not be fully appreciated in 2D because their observable features are dependent on the angular configuration of the imaging gantry. Furthermore, the presence of lesions in the coronary arteries may not reflect the true health of the myocardium, as natural compensatory mechanisms may obviate the need for further intervention. In light of this, cardiac magnetic resonance perfusion imaging is increasingly gaining attention and clinical implementation, as it offers a direct assessment of myocardial tissue viability following infarction or suspected coronary artery disease. This type of modality is plagued, however, by motion similar to that present in fluoroscopic imaging. This issue predisposes clinicians to laborious manual intervention in order to align anatomical structures in sequential perfusion frames, thus hindering automation o

A novel automated approach of multi-modality retinal image registration and fusion

Biomedical image registration and fusion are usually scene dependent, and require intensive computational effort. A novel automated approach of feature-based control point detection and area-based registration and fusion of retinal images has been successfully designed and developed. The new algorithm, which is reliable and time-efficient, has an automatic adaptation from frame to frame with few tunable threshold parameters. The reference and the to-be-registered images are from two different modalities, i.e. angiogram grayscale images and fundus color images. The relative study of retinal images enhances the information on the fundus image by superimposing information contained in the angiogram image. Through the thesis research, two new contributions have been made to the biomedical image registration and fusion area. The first contribution is the automatic control point detection at the global direction change pixels using adaptive exploratory algorithm. Shape similarity criteria are employed to match the control points. The second contribution is the heuristic optimization algorithm that maximizes Mutual-Pixel-Count (MPC) objective function. The initially selected control points are adjusted during the optimization at the sub-pixel level. A global maxima equivalent result is achieved by calculating MPC local maxima with an efficient computation cost. The iteration stops either when MPC reaches the maximum value, or when the maximum allowable loop count is reached. To our knowledge, it is the first time that the MPC concept has been introduced into biomedical image fusion area as the measurement criteria for fusion accuracy. The fusion image is generated based on the current control point coordinates when the iteration stops. The comparative study of the presented automatic registration and fusion scheme against Centerline Control Point Detection Algorithm, Genetic Algorithm, RMSE objective function, and other existing data fusion approaches has shown the advantage of the new approach in terms of accuracy, efficiency, and novelty