为克服传统基于互信息的多模医学图像配准算法容易陷入局部最优的问题，提出了一种改进的多分辨率三维医学图像配准算法。该算法通过高斯滤波将三维医学图像进行多尺度化，形成多分辨率图像金字塔，以Mattes互信息作为配准框架的相似性测度。在图像金字塔的低分辨率层使用粒子群优化算法进行全局变换参数的搜索，然后以全局变换参数作为高分辨率层配准的初始参数，并以鲍威尔优化算法进行优化，完成最终的三维医学图像配准。实验结果表明，改进的算法不仅使待配准两幅图像空间位置对齐，而且较传统互信息算法提高了配准精度，鲁棒性更强，有效地解决了基于互信息的配准算法陷入局部最优的可能。