醫(yī)學(xué)成像原理與圖像處理復(fù)習(xí)重點(diǎn)簡化版

1、四大醫(yī)學(xué)影像裝置：超聲成像, X線CT, 核磁共振成像, 核醫(yī)學(xué)影像.傳統(tǒng)的X射線裝置的缺點(diǎn)：（1）影像重疊。深度方向上的信息至疊在一起，引起混淆。（2）密度分辨率低，對(duì)軟組織分辨能力低。（3）所用劑量大。CT優(yōu)點(diǎn)：1）斷層成像；2）密度分辨率高，對(duì)軟組織分辨能力高。（相對(duì)于X射線成像術(shù)）；3）投影劑量?。ㄏ鄬?duì)于X射線成像術(shù)）；4）動(dòng)態(tài)范圍大（相對(duì)于X光片）；5）無損檢測(cè)；6）存儲(chǔ)方便。星狀偽跡：孤立點(diǎn)源反投影重建形成的偽跡稱為星狀偽跡。產(chǎn)生星狀偽跡的原因在于：反投影重建的本質(zhì)是把取自有限物體空間的射線投影均勻地回抹(反投影)到射線所及的無限空間的各點(diǎn)之上，包括原先像素值為零的點(diǎn)超聲是機(jī)械波，

2、由物體機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用于醫(yī)學(xué)上的超聲頻率為2.510MHz，常用的是2.55MHz。超聲需在介質(zhì)中傳播，在人體軟組織中約為1500m/s。介質(zhì)有一定的聲阻抗，聲阻抗等于該介質(zhì)密度與超聲速度的乘積。超聲在介質(zhì)中以直線傳播,有良好的指向性.當(dāng)超聲傳經(jīng)兩種聲阻抗不同相鄰介質(zhì)的界面時(shí)其聲阻抗差大于0.1%,而界面又明顯大于波長,即大界面時(shí),則發(fā)生反射,一部分聲能在界面后方的相鄰介質(zhì)中產(chǎn)生折射,超聲繼續(xù)傳播,遇到另一個(gè)界面再產(chǎn)生反射,直至聲能耗竭。反射回來的超聲為回聲。聲阻抗差越大，則反射越強(qiáng)，如果界面比波長小，即小界面時(shí)，則發(fā)生散射。人體結(jié)構(gòu)對(duì)超聲而言是一個(gè)復(fù)雜的介質(zhì)

3、，各種器官與組織，包括病理組織有它特定的聲阻抗和衰減特性。這種不同的反射與衰減是構(gòu)成超聲圖像的基礎(chǔ)。將接收到的回聲，根據(jù)回聲強(qiáng)弱，用明暗不同的光點(diǎn)依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像，稱這為聲像圖.超聲經(jīng)過不同正常器官或病變的內(nèi)部，其內(nèi)部回聲可以是無回聲、低回聲或不同程度的強(qiáng)回聲.換能器的原理（壓電效應(yīng)）：對(duì)某些非對(duì)稱結(jié)晶材料進(jìn)行一定方向的加壓或拉伸時(shí)，其表面將會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)（機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能），逆壓電效應(yīng)（電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）多普勒頻移公式：fd=2f0v/(Ccos)。f0原發(fā)射頻率，v血流運(yùn)動(dòng)速度，C為聲速，為聲速與血流運(yùn)動(dòng)的夾角。1高斯為距

4、離5安培電流的直導(dǎo)線1厘米處檢測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度。1T=10000GMRI的優(yōu)點(diǎn)：1) 無創(chuàng)傷, nonionizing,X-線波長1-0.1A , MRI, 1-100m；2) 無機(jī)械運(yùn)動(dòng)，任意截面成像；3) 多個(gè)參數(shù)成像T1,T2,密度，分子擴(kuò)散.磁共振現(xiàn)象是靠射頻線圈發(fā)射無線電波（射頻脈沖）激發(fā)人體內(nèi)的氫質(zhì)子來引發(fā)的這種射頻脈沖的頻率必須與氫質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率相同，低能的質(zhì)子獲能進(jìn)入高能狀態(tài)。核磁馳豫：90度脈沖關(guān)閉后，組織的宏觀磁化矢量逐漸又回到平衡狀態(tài)，我們把這個(gè)過程稱為核磁馳豫。核磁馳豫又可以分解成兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分：（1）橫向磁化矢量逐漸減小直至消失，稱為橫向馳豫；（2）縱向磁化矢量逐漸恢

5、復(fù)直至最大值（平衡狀態(tài)），稱為縱向馳豫（T1馳豫）。T1加權(quán)成像是指這種成像方法重點(diǎn)突出組織縱向馳豫差別，而盡量減少組織其他特性如橫向馳豫對(duì)圖像的影響；T2加權(quán)成像主要反映組織橫向馳豫的差別；質(zhì)子密度加權(quán)成像主要反映不同組織間質(zhì)子含量差別。人體大多數(shù)病變的T1值,T2值均較相應(yīng)的正常組織大，因而在T1W1上比正常組織“黑”，在T2WI上比正常組織“白”。頻率編碼依靠梯度磁場(chǎng)，帶有不同頻率的MR信號(hào)，通過傅里葉轉(zhuǎn)換可以區(qū)分。相位編碼還是依靠梯度磁場(chǎng)。每條相位編碼線含有全層MR信息。常規(guī)K空間的填充形式（對(duì)稱、循環(huán)填充）；K空間的數(shù)據(jù)點(diǎn)陣與圖像的點(diǎn)陣不是一一對(duì)應(yīng)的。進(jìn)行臟器顯像和/或功能測(cè)定時(shí)，醫(yī)

6、生根據(jù)檢查目的，給病人口服或靜脈注射某種放射性示蹤劑，使之進(jìn)入人體后參與體內(nèi)特定器官組織的循環(huán)和代謝，并不斷地放出射線。這樣我們就可在體外用各種專用探測(cè)儀器追蹤探查，以數(shù)字、圖像、曲線或照片的形式顯示出病人體內(nèi)臟器的形態(tài)和功能。核醫(yī)學(xué)顯像方法簡單、靈敏、特異、無創(chuàng)傷性、安全（病人所受輻射劑量低于一次X攝片所受劑量）、易于重復(fù)、結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，并能反映臟器的功能和代謝。SPECT：Single Photon Emission Computed Tomography，單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）中, 放射性示蹤劑被注入病人體內(nèi)，這種放射性示蹤劑對(duì)人體是安全的。根據(jù)對(duì)放射性示蹤劑所發(fā)出的射

7、線的測(cè)量，SPECT可以重建出放射性示蹤劑在人體內(nèi)的分布圖，該圖可以反映人體組織結(jié)構(gòu)及其活動(dòng)功能。常用能夠標(biāo)記放射性藥物有：MIBI（心肌顯象）； MDP（全身骨顯象）； ECD（腦血流顯象） 組成：探頭（旋轉(zhuǎn)型照相機(jī)）：、機(jī)架、斷層床、計(jì)算機(jī)和光學(xué)照相系統(tǒng)相機(jī)結(jié)構(gòu)：相機(jī)準(zhǔn)直器（準(zhǔn)直器能夠限制散射光子,允許特定方向光子和晶體發(fā)生作用）、閃爍探測(cè)器（NaI晶體）、光電倍增管(PMT) 、位置電路、數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)為什么選擇解析重建算法？- 快速 - 正確為什么要擴(kuò)展到扇型投影重建？- 提高光子密度和空間分辨率，- 在臨床應(yīng)用中更為常用。為什么要擴(kuò)展到可變焦扇型投影重建？- 提高光子密度和空間分辨率

8、，- 沒有截?cái)鄦栴}，- 在臨床應(yīng)用中更為常用。SPECT的總體特點(diǎn)：1）示蹤劑適應(yīng)面廣，特異性高，放射性小，不干擾體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，有獨(dú)到的診斷價(jià)值。2）時(shí)域解像精度不到千分之一秒 。3）放射性核的等離子放射物可能對(duì)孩子和孕婦有危險(xiǎn)性。4）保留了照相機(jī)全部平面顯像的性能5）分層臟器功能觀察到臟器功能動(dòng)態(tài)變化，化學(xué)物質(zhì)在臟器內(nèi)代謝分布、血管量的變化、腫瘤免疫及受體定位等。數(shù)字圖像處理內(nèi)容：它是研究圖像的獲取、傳輸、存儲(chǔ)，變換、顯示、理解與綜合利用的一門嶄新學(xué)科。數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)：（1）精度高；（2）再現(xiàn)性好。不管是什么數(shù)字圖像，均用數(shù)組或數(shù)組集合表示。在傳送和復(fù)制圖像時(shí)，只在計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，

9、這樣數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。（3）通用性、靈活性強(qiáng)。不管是可視圖像還是X光圖像、熱紅外圖像、超聲波圖像等不可見光圖像，盡管這些圖像生成體系中的設(shè)備規(guī)模和精度各不相同，但當(dāng)把這些圖像數(shù)字化后，對(duì)于計(jì)算機(jī)來說，都可同樣進(jìn)行處理，這就是計(jì)算機(jī)處理圖像的通用性。改變處理圖像的計(jì)算機(jī)程序，可對(duì)圖像進(jìn)行各種各樣的處理，如上下滾動(dòng)、漫游、拼接、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運(yùn)算等，所以靈活性很高。 視覺：人類視覺是人眼對(duì)場(chǎng)景可見光能量在視網(wǎng)膜上形成的一種刺激，通過人腦對(duì)刺激信號(hào)的處理，獲取場(chǎng)景的描述和感知。視覺現(xiàn)象：同時(shí)對(duì)比度、對(duì)比靈敏度（0.02）、馬赫帶、亮度適應(yīng)級(jí)、主觀輪廓和空間

10、錯(cuò)覺離開單個(gè)像素的等距離線大致成圓形。4 -鄰域距離 ( 街區(qū)距離)：d4 ( ( i, j ) , ( h , k ) ) = |i- h| + |j- k| |等距離線呈傾斜45的正方形。對(duì)于一幅nxn的數(shù)字圖像，其對(duì)角距離為2n。 8 -鄰域距離 ( 國際象棋盤距離)：d8 ( (i, j ) , ( h , k ) ) = max |i- h| , |j- k| 等距離線呈正方形，對(duì)于一幅nxn的數(shù)字圖像,其對(duì)角距離為n。像素間的聯(lián)系：連接、毗鄰、通路、連通平滑處理：鄰域平均法、空間域?yàn)V波拉普拉斯運(yùn)算Sobel（索貝爾算子）平滑濾波器的主要用途：對(duì)大圖像處理前，刪去無用的細(xì)小細(xì)節(jié)；連接

11、中斷的線段和曲線；降低噪音；平滑處理，恢復(fù)過分銳化的圖像；圖像創(chuàng)意（陰影、軟邊、朦朧效果） 銳化濾波器的主要用途：印刷中的細(xì)微層次強(qiáng)調(diào)。彌補(bǔ)掃描、掛網(wǎng)對(duì)圖像的平滑；超聲探測(cè)成象，分辨率低，邊緣模糊，通過銳化來改善；圖像識(shí)別中，分割前的邊緣提??；銳化處理恢復(fù)過度平滑、暴光不足的圖像；圖像創(chuàng)意（只剩下邊界的特殊圖像）；尖端武器的目標(biāo)識(shí)別、定位低通空域?yàn)V波器主要用途：鈍化（平滑）圖像、去除噪音 1）模板系數(shù)都大于0；2）均值為1；低通空域?yàn)V波的缺點(diǎn)和問題：如果圖像處理的目的是去除噪音，那么，低通濾波在去除噪音的同時(shí)也鈍化了邊和尖銳的細(xì)節(jié)高通空域?yàn)V波器主要用途：邊緣增強(qiáng)、邊緣提取 1）中心系數(shù)為負(fù)值或正值，外圍為正或負(fù)值；2）系數(shù)之和為0高通空域?yàn)V波的缺點(diǎn)和問題：高通濾波在增強(qiáng)了邊緣的同時(shí)，丟失了圖像的層次和亮度；帶通濾波器主要用途：刪除特定頻率、增強(qiáng)中很少用頻域高通、低通濾波器： 應(yīng)用頻域高通或低通濾波器傳遞函數(shù)H(u,v)，減少F(u,v)的低頻或高頻分量，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)；同態(tài)濾波器主要用途：乘性噪聲、卷積噪聲的處理；將非線性問題轉(zhuǎn)化成線性問題處理；（乘變成加）逆濾波的過程：1，模糊圖像和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)延拓2，模糊圖像和點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)分別作傅立葉變換3，逆濾波相除4，巴特沃斯低通濾波5，反傅立葉變換6，提取出有效恢復(fù)圖像圖象