一、醫(yī)學圖像處理緒論-new

1、2022-4-812022-4-82主講教師：計算機教研室 王 靜辦公室電話： 82802408Email: wang_辦公室地址：逸夫樓8192022-4-84上課安排6：30-7：30 上課7：30-9：30 上機2022-4-85課程考核平時作業(yè)（60%）平時考勤及課堂表現(xiàn)（15%）期末作業(yè)（25%）2022-4-86教學目的理解醫(yī)學圖像處理和分析的主要方法了解matlab圖像處理工具 在今后的學習工作中能更好的理解和使用圖像處理軟件或硬件 在今后的學習工作中能根據(jù)自己的科研或工作需要，編寫一些小的圖像處理程序2022-4-87主要參考書田捷 醫(yī)學影像處理與分析 電子工業(yè)出版社羅述謙 醫(yī)

2、學圖象處理與分析 科學出版社岡薩雷斯 數(shù)字圖像處理(第二版)岡薩雷斯 數(shù)字圖像處理（Matlab版） 講義及資料4 醫(yī)學圖像處理文件夾下大家可以在這里下載講義及其他資料每節(jié)課的作業(yè)也上傳至此2022-4-89數(shù)字圖像處理的概念及應用范疇數(shù)字圖像處理的概念及應用范疇醫(yī)學圖像處理和分析的意義醫(yī)學圖像處理和分析的意義醫(yī)學圖像處理和分析的內容醫(yī)學圖像處理和分析的內容數(shù)字圖像處理在醫(yī)學中的應用數(shù)字圖像處理在醫(yī)學中的應用常見的醫(yī)學圖像常見的醫(yī)學圖像醫(yī)學圖像處理和分析的內容及實例醫(yī)學圖像處理和分析的內容及實例Matlab基礎基礎2022-4-810數(shù)數(shù) 字字 圖圖 像像 處

3、處 理理I Imma ag ge e P Pr ro oc ce es ss si in ng g2022-4-811百聞不如一見One picture is worth more than ten thousand words. Anonymous2022-4-812 人類通過眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。約有75%的信息是通過視覺系統(tǒng)獲取的。數(shù)字圖像處理是用數(shù)字計算機處理所獲取視覺信息的技術。2022-4-813數(shù)字圖像目的：便于計算機處理。連續(xù)圖象數(shù)字圖象離散化RC2022-4-814數(shù)字圖像的表示數(shù)字圖像一般以矩陣形式表示：) 1, 1() 1 , 1() 0 , 1() 1,

4、 1 () 1 , 1 () 0 , 1 () 1, 0() 1 , 0() 0 , 0(),(NMfMfMfNfffNfffyxf2022-4-815數(shù)字圖像離散化：空間采樣： 512X512 象素 Pixel分辨率 Resolution幅值量化：256級, 28級, 8bit,灰度級 Grey level2022-4-816一幅圖像可定義為一個二維函數(shù) ， 這里x和y是空間坐標， 而在任何一對空間坐標（x,y）上的幅值f稱為該點圖像的強度或灰度。 當x,y和幅值f為有限的、離散的數(shù)值時，稱該圖像為數(shù)字圖像數(shù)字圖像處理的概念),(yxf數(shù)字圖像處理是指借用數(shù)字計算機處理數(shù)字圖像。數(shù)字圖像是由

5、有限的元素組成的，每個元素都有特定的位置和幅值，這些元素稱為圖像元素或像素 分辨率不同 的圖象比較分辨率 640 x480分辨率 320 x240分辨率 160 x120分辨率 80 x60分辨率 640 x480分辨率 320 x240分辨率 160 x120分辨率 80 x602022-4-827從粗到細地觀察查視力=檢測分辨率？2022-4-831圖像數(shù)據(jù)格式圖像在計算機中是以圖像文件的形式存儲的。存儲的格式有多種，較常用的有BMP,GIF,JPEG,TIFF,PCX，dicom等BMP圖像文件的結構分三部分：文件頭、位圖信息數(shù)據(jù)塊以及圖像數(shù)據(jù) 文件頭：文件類型、大小和打印信息 位圖信息

6、數(shù)據(jù)： 圖像數(shù)據(jù)2022-4-832數(shù)字圖像處理的范疇數(shù)字圖像處理的范疇圖像處理（低級處理）：便于處理對圖像信息進行改進，比如降低噪聲，對比度的增強和圖像銳化等。特點：輸入圖像，輸出圖像。圖像分析（中級處理）涉及分割，及特征提取。輸入是圖像，輸出為圖像的特征計算機視覺（高級處理）：涉及在圖像分析中被識別物體的總體理解，以及執(zhí)行與視覺相關的行為2022-4-8332022-4-8342022-4-8352022-4-8362022-4-8372022-4-838數(shù)字圖像處理的發(fā)展概況和應用發(fā)展概況：（1）二十世紀二十年代：圖像遠距離傳輸。（2）二十世紀五十年代：數(shù)字計算機發(fā)展到一定水平，數(shù)字圖象

7、處理引起巨大關注。（3）1964年：美國噴氣推進實驗室用計算機對“徘徊者七號”太空船發(fā)回的大批月球照片進行處理。數(shù)字圖象處理應用從空間研究計劃擴展到生物醫(yī)學，工業(yè)生產，軍事偵察等領域。2022-4-839圖像處理最先應用于空間探索2022-4-840圖像處理最先應用于空間探索2022-4-841（4）二十世紀六十年代末：數(shù)字圖象處理較完整的理論體系已形成，成為一門新興的學科。（5）二十世紀六十年代至八十年代：隨著離散數(shù)學理論的創(chuàng)立和完善，數(shù)字圖象處理理論和方法進一步完善，應用范圍更加廣泛。（6）二十世紀八十年代以來：數(shù)字圖象處理向更高級的方向發(fā)展：實時性，智能化，普及化，網(wǎng)絡化，低成本。202

8、2-4-842應用領域：通信：圖象傳輸，電視電話，HDTV等。宇宙探測：星體圖片處理。遙感：地形、地質、礦藏探查，森林、水利、海洋、農業(yè)等資源調查，自然災害預測，環(huán)境污染的監(jiān)測，氣象云圖。生物醫(yī)學：CT，NMR，PET，SPECT，DSA，X射線成象，B超，紅外圖象，顯微圖象。工業(yè)生產： 產品質量檢測，生產過程控制，CAD，CAM。2022-4-843應用領域：軍事： 軍事目標偵察，制導系統(tǒng)，警戒系統(tǒng)，自動火器控制，反偽裝等。公安： 現(xiàn)場照片，指紋，手跡，印章，人像等處理和鑒別。檔案： 過期的文字、圖片檔案的修復和處理。機器人視覺娛樂： 電影特技，動畫，廣告，MTV等。2022-4-844應用

9、舉例非生物醫(yī)學領域2022-4-8482022-4-8492022-4-852 2022-4-8562022-4-857 2022-4-8582022-4-8592022-4-8612022-4-8642022-4-8652022-4-8662022-4-867圖像處理在醫(yī)學中的應用醫(yī)學圖像處理和分析是近幾年興起的新興交叉學科，正方興未艾。1。借助圖像處理技術的有力手段，醫(yī)學影像的質量和顯示方式得到了極大的改善，從而借助于醫(yī)學圖像處理與分析手段使得診療水平大大提高。2。為醫(yī)學培訓、醫(yī)學研究與教學、計算機輔助臨床外科手術等提供數(shù)字實現(xiàn)手段，為醫(yī)學的研究與發(fā)展提供堅實的基礎，具有不可估量的價值20

10、22-4-868醫(yī)學圖像處理研究的內容醫(yī)學圖像成像技術（Medical Imaging）醫(yī)學圖像處理和分析（醫(yī)學圖像后處理post-processing） 圖象增強技術 圖象分割技術 圖像配準技術 圖象融合技術 圖像三維可視化技術 對象識別技術2022-4-869醫(yī)學圖像成像技術（Medical Imaging）主要研究如何將實際人體信息轉換為 計算機的二進制數(shù)據(jù)的問題。經過一定的重建算法把這些數(shù)據(jù)轉換成與二維圖像像素或三維體數(shù)據(jù)對應的原始圖像數(shù)據(jù)集2022-4-870醫(yī)學影像設備目前常見的醫(yī)學影像 B超掃描圖像、彩色多普勒超聲圖像、核磁共振圖像、CT圖像、PET圖像、SPECT圖像、數(shù)字X光

11、機（DX）圖像、X射線透視圖像、各種電子內窺鏡圖像，顯微鏡下病理切片圖像等。2022-4-8712022-4-872倫琴開創(chuàng)了人體圖像的先河X射線成像基于待成像物體各部分的密度不同，對x射線的吸收不同，透射X射線強度不同，從而在膠片上成像的。X光圖片是X射線在通路上物體對射線吸收的積分效果。X光圖片不能反映組織或病灶的三維空間位置2022-4-873X射線應用-血管造影術血管造影術是對比增強輻射成像領域中的另一主要應用，這過程用于得到血管圖像（血管造影照片）。一個導管（小的柔軟中空的管子）插入動脈或靜脈，導管穿過血管并被引導到要研究的區(qū)域。當導管到達探查部位時，x射線對比介質通過導管注入，這就

12、增強了血管的對比并可以看到任何病變或阻塞2022-4-8742022-4-8752022-4-876CT計算機體層攝影（computed tomography, CT）掃描儀利用X線對人體某一范圍進行逐層的橫斷掃描，取得信息，經計算機處理后獲得重建的圖像。獲得的圖像為人體的橫斷解剖圖，并可通過計算機處理得到三維的重建圖像。（X射線斷層掃描影像裝置）CT工作原理2022-4-877CT工作原理人體各種組織（包括正常和異常組織）對X線的吸收不等。CT即利用這一特性，將人體某一選定層面分成許多立方體小塊，這些立方體小塊稱為體素。它們排列成行列方陣，形成圖像矩陣。當X線球管從一方向發(fā)出X線束穿過選定層

13、面時，沿該方向排列的各體素均在一定程度上吸收一部分X線，使X線衰減。當該X線束穿透組織層面（包括許多體素）為對面探測器接收時，X線量已衰減很多，為該方向所有體素X線衰減值的總和。然后X線球管轉動一定角度，再沿另一方向發(fā)出X線束，則在其對面的探測器可測得沿第2次照射方向所有體素X線衰減值的總和；以同樣方法反復多次在不同方向對組織的選定層面進行X線掃描，即可得到若干個X線衰減值總和。在上述過程中，每掃描一次，即可得一方程。該方程中X線衰減總量為已知值，而形成該總量的各體素X線衰減值是未知值。經過若干次掃描，即可得一聯(lián)立方程，經過計算機運算可解出這一聯(lián)立方程，而求出每一體素的X線衰減值，再經數(shù)/模轉

14、換，使各體素不同的衰減值形成相應各像素的不同灰度，各像素所形成的矩陣圖像即為該層面不同密度組織的黑白圖像。2022-4-878某物質的CT值等于該物質的衰減系數(shù)與水的吸收系數(shù)之差再與水的衰減系數(shù)相比之后乘以1000。其單位名稱為HU。值水 0值空氣 1000值骨 10003）常見人體組織的值（）組織 值 組織 值骨組織 400 肝臟 5070鈣值 80300 脾臟 3560血塊 6484 胰腺 3055腦白質 2534 腎臟 2550腦灰質 2844 肌肉 4055腦脊液 38 膽囊 1030血液 1332 甲狀腺 5090血漿 314 脂肪 20100滲出液 15 水 02022-4-879

15、CTCT的密度的密度分析CT圖像，一方面是觀察解剖結構，另一方面是了解密度改變。后者可通過測定CT值而知，亦可與周圍組織的密度對比觀察。人體內腫瘤組織因部位、代謝、生長及伴隨情況不同，其密度變化各異。CT對組織的密度分辨率較高，且為橫斷面掃描，提高了腫瘤診斷的準確率。2022-4-880造影劑的應用造影劑的應用雖然CT較普通X線攝影有更高的密度分辨率，但有些病變與正常組織間的密度差異很小，需要利用造影劑使上述密度差異加大，以幫助診斷。CT掃描用造影劑可分兩大類：一類為用于空腔臟器的造影劑，另一類為靜脈注射用造影劑（偶爾也通過動脈注射造影劑）。2022-4-881近20年來，由于CT裝置、成像軟

16、件及掃描技術的不斷更新和改進，出現(xiàn)了CT電影，CT血管造影，超高速CT，高分辨率CT，螺旋CT等技術，使得CT技術在臨床的許多領域得到應用，提高了診斷的準確性和可信度。CT是當今影像技術中不可缺少的手段骨骼在CT圖像中可以顯示得非常清楚2022-4-882CT檢查的優(yōu)點：（1）CT為無創(chuàng)性檢查，檢查方便、迅速，易為患者接受。（2）有很高的密度分辨力，密度相差5-6H的不同組織能被區(qū)分。能測出各種組織的CT值。（3）CT圖象清晰，解剖關系明確。（4）CT能提供沒有組織重疊的橫斷面圖象，并可進行冠狀和矢狀面圖象的重建。（5）用造影劑進行增強掃描，不僅提高了病變的發(fā)現(xiàn)率，而且有的能做定性診斷。 20

17、22-4-883CT檢查的限制CT掃描雖有廣泛的適應范圍，但仍有限度。雖然發(fā)現(xiàn)病變的敏感性極高，但在定性診斷上仍有很大的限制。由于CT機測定的是物理參數(shù)，即人體組織對X線的衰減值或物理密度，醫(yī)生就是根據(jù)正常組織和異常組織呈現(xiàn)的衰減值差異作為診斷的依據(jù)，如果衰減值無差異，再大的腫瘤也無法鑒別?？梢奀T掃描盡管有許多優(yōu)越性，但也有其局限性，只有與其他設備，其他診斷手段相配合，才能充分發(fā)揮其作用。2022-4-8842022-4-885MRI核磁共振成像把病人放在強磁場中，并使無線電短脈沖通過病人身體，每個脈沖將導致一個有病人組織發(fā)射的無線電響應脈沖，這些信號發(fā)生的位置和強度由計算機確定，從而產生一

18、個病人的橫截面圖像MRI可以在任何平面產生圖像2022-4-8862022-4-8872022-4-8881.無電離輻射危害，是一種安全的檢查的方法。 2.多參數(shù)成像，可以提供豐富的診斷信息。 3.高對比度成像，在所有醫(yī)學影像技術中，MRI的軟組織對比分辨力最高。 4.具有任意方向斷層的能力，能夠從不同角度直視地觀察分析組織結構及其病變。 5.與傳統(tǒng)血管造影相比，它最大的優(yōu)點是無創(chuàng)性，無需使用對比劑，可直接顯示心臟和血管結構，即磁共振血管成像，從圖像質量來看，目前它至少可以顯示大血管及各主要臟器的一、二級分支血管。 6.無骨偽影干擾，后顱凹病變清晰可辨。 7.可進行功能、組織化學和生物化學方面

19、的研究。MRI的優(yōu)點2022-4-889臨床應用中樞神經系統(tǒng) MR已成為顱頸交界區(qū)，顱底、后顱窩及椎管內病變的最佳檢查方法。 該技術對腦腫瘤、腦部炎癥、腦血管病、腦發(fā)育不全、腦變性病與白質腦病有良好的診斷價值 對顱腦損傷與癲癇的診斷起輔助診斷作用對脊柱與椎管內病變有重要診斷意義 如脊管腫瘤、脊柱炎癥病變、脊柱先天畸形、退行性病變、脊柱外傷手術與手術后改變等應用肌肉關節(jié)系統(tǒng) MRI已成為肌肉、肌腱、韌帶、軟骨病變影像檢查的主要手段之一。對于關節(jié)周圍病變、股骨頭缺血性壞死，半月板損傷、松質骨細微結構的破壞，骨小梁骨折（骨挫傷）以及骨髓腔內病變均具有重要的診斷價值。電影MRI技術還可進行關節(jié)功能檢查

20、。 fMRI功能成像研究腦功能對肺、密質骨，如四肢長骨、胃腸道疾病不如CT2022-4-8901 Hz2 Hz3 Hz% 100755025Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital2022-4-891Schlaug, et al, Science 267:699 (1995)2022-4-892MRI的缺點成像速度慢，尤其是對于低場強者，這是MRI的主要缺點。不適合運動性器官，如肺部疾病患者和危重病人的檢查，對于躁動或喪失自制能力的人，如不使用鎮(zhèn)靜劑，也是難以成像的。 對鈣化灶和骨皮質病灶不夠敏感

21、。 禁忌癥相對較多。MRI設備的強磁場和RF(射頻)場有可能使心臟起搏器失靈，也容易使各種金屬性植入物移位。在激勵電磁波作用下，體內的金屬還會因為發(fā)熱而對病人造成傷害。因此，安置心臟起搏器、假肢、人工髖關節(jié)的病人、疑有眼球異物的病人以及動脈瘤銀夾結扎術后的病人都禁做MRI檢查。裝假牙的病人不能進行頜面水平MRI檢查。放置宮內節(jié)育環(huán)者，如檢查中出現(xiàn)不適應立刻停止檢查。 4、圖像易受多種偽影干擾。MRI偽影主要來自患者的運動，金屬異物以及設備三個方面。2022-4-893超聲圖像（sonography ）醫(yī)用超聲診斷儀是將聲納原理和雷達技術相結合生產的為臨床應用的醫(yī)療儀器。其基本原理是高頻超聲脈沖

22、波輻射到生物作內，由生物體內不同界面反射出不同波形并形成圖像從而判斷生物體內是否有病變。超聲診斷儀由起初的一維超聲掃描顯示，發(fā)展為二維甚置三維、四維的超聲掃描和顯示，大大增加了回波信息量，使生物體內的病灶清晰，易辨，因此，它將被越來越廣泛地應用醫(yī)用超聲診斷儀 2022-4-894超聲優(yōu)點1.有高的軟組織分辨力。組織只要有1的聲阻抗差異，儀器就能檢測出，并顯示其反射回波。2具有高度的安全性 當嚴格控制聲強低于安全閡值時，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術，對醫(yī)務人員更是十分安全。 3實時成像 它能高速實時成像，可以觀察運動的器官，并節(jié)省檢查時間。 4使用簡便，費用較低，用途廣泛。B超缺點比如B超在

23、清晰度、分辨率等方面，較弱。 B超對腸道等空腔器官病變易漏診。 氣體對超聲影響很大，患者容易受到患者腸氣干擾等多方面因素影響檢查結果 B超檢查需要改變體位屏氣等，對于骨折和不能配合病人不適用。檢查結果也易受醫(yī)師臨床技能水平的影響。 孕婦濫查B超可能易致胎兒畸形2022-4-8952022-4-8962022-4-8972022-4-898Photo courtesy Philips Research 2022-4-899Photo courtesy Philips Research 2022-4-8100彩色多普勒超聲圖像應用案例 借助多普勒頻移原理，可探測到人體內血流動態(tài)。經過偽彩色編碼，以

24、不同的顏色標識血流流向，色彩的灰度表示血流速度，色塊面積表示流量。通常肝臟病變， 例如肝癌或肝硬化，都會在肝臟供血上反映出來。注射造影劑后，血流動態(tài)顯像還會有更多血流信息供臨床診斷應用2022-4-81012022-4-8102伽馬射線成像在核醫(yī)學中，將放射性同位素注射到病人體內，當同位素衰變時放射出伽馬射線，用伽馬射線監(jiān)測器收集放射物產生圖像。如圖顯示了一幅利用伽馬射線成像得到的骨骼掃描圖像，這種圖像用于骨骼病理（例如感染或腫瘤）定位2022-4-8103正電子斷層掃描儀圖像 正電子發(fā)射斷層掃描儀PET(Positron Emission Tomography)是當今最高層次的核醫(yī)學技術，它

25、也是當前醫(yī)學界公認的最先進的大型醫(yī)療診斷成像設備之一。電子發(fā)射斷層成像已成為腫瘤、心、腦疾病診斷與病理研究中的不可缺少的重要方法該技術主要研究人體內部組織與器官功能的重要手段2022-4-8104PET顯像主要是在分子水平上提供有關臟器及其病變的功能信息。PET所用的示蹤藥物主要是18F-FDG短壽命正電子核素，它們是組成有機體組織的基本成分并能參與代謝過程。大多數(shù)疾病的生化變化先于解剖學的變化，并且PET 對于示蹤劑濃度的靈敏度非常高，能高精度地定量地檢測出代謝過程的非正常增加并給出清晰的圖像（所謂熱源成像）， 因此 PET 能提供很多疾病在發(fā)展過程中的早期信息，可以進行超前診斷，尤其適合于

26、腫瘤的早期診斷2022-4-8105如圖是構成三維再現(xiàn)圖像序列的一幅樣品，圖像顯示腦部和肺部各有一個腫瘤，如圖是構成三維再現(xiàn)圖像序列的一幅樣品，圖像顯示腦部和肺部各有一個腫瘤，很容易看到的小白塊很容易看到的小白塊2022-4-8106SPECT技術，即單光子發(fā)射計算機斷層成像術（ ，），是核醫(yī)學的一種技術。由于它是對從病人體內發(fā)射的射線成像，故亦稱發(fā)射型計算機斷層成像術 ，。與相比，二者不同的是射線的入射方式，接受的射線是由受檢者體內發(fā)出來的，而是由射線從體外穿透人體到達接受器的。 2022-4-8107SPECT臨床應用在神經系統(tǒng)它可以提供局部腦血流的供應數(shù)據(jù)，診斷、癲癇等，可診斷和鑒別診斷

27、交通性腦積水和梗阻性腦積水；在心血管方面可顯示心臟并測定心臟的功能提供、等值，特別在冠心病診斷方面有其獨特的意義，與冠狀動脈造影相比，的靈敏度可達到，特異性可達到，能直觀地提供心肌缺血的部位、范圍及嚴重程度，也能提示冠狀動脈病變的部位； 還可以在心肌梗死發(fā)生后行心肌顯像以判斷心肌梗死區(qū)內的心肌是否存活，這對于下一步的治療如、放置支架、冠脈搭橋術等冠狀動脈血運重建非常重要 2022-4-8108在腫瘤診療方面，利用親腫瘤的放射性藥物進行腫瘤顯像，可以發(fā)現(xiàn)原發(fā)腫瘤及轉移的腫瘤，特別是轉移到骨骼上的腫瘤，它可以在病人還未感到不適或疼痛時發(fā)現(xiàn)病變的存在，可比線提早月發(fā)現(xiàn)病灶。所以當腫瘤病人感到全身不適

28、或疼痛時對其及時進行檢查是合適和必要的。 2022-4-8109在泌尿系統(tǒng)疾病方面，可以動態(tài)和靜態(tài)觀察兩個腎臟的形態(tài)、位置、腎臟的功能并計算出兩腎、輸尿管的通暢情況；在呼吸系統(tǒng)方面，可進行肺灌注顯像和肺通氣顯像診斷肺梗塞及下肢靜脈顯像尋找栓子存在； 2022-4-8110在新生兒黃膽時可行肝膽顯像鑒別診斷新生兒肝炎和先天性膽道閉塞；消化道出血時可定位出血部位和診斷美克爾憩室（ ），后者的診斷率為。當然還可以在器官移植、婦科病、血液病方面以及科研等多學科、多領域進行廣泛應用。 2022-4-8111儀器是醫(yī)院必備的常規(guī)檢查設備，以檢查無創(chuàng)、安全、簡便、經濟、實用等優(yōu)點而被廣大病人所接受，同時也為

29、臨床、科研、教學提供有力幫助而被醫(yī)務人員所接受。 2022-4-8112成像技術CTMRIPETSPECT優(yōu)點1.成像速度快2.對骨組織敏感3.空間分辨率較高4.造價相對較低1.軟組織成像效果好2.空間分辨率高3.對人體無危害4.掃描角度靈活5.無骨偽影1.對比度較高2.受體成像3.屬于化學成像1.對比度較高2.價格較低缺點1.X射線對人體有危害2.對軟組織成像較差3.骨的邊緣在成像中易產生條狀偽影4.成像角度不靈活1.對骨組織成像效果較差2.成像時間較CT長1.價格昂貴，必須配備回旋加速器2.分辨率較差1.分辨率低2.成像速度慢2022-4-8113DICOM標準DICOM（Digital

30、Imaging and Communication in Medical）醫(yī)療設備的國際標準通訊協(xié)議以解決不同廠商的各種醫(yī)療設備的互連問題2022-4-8114醫(yī)學圖像處理和分析的應用輔助醫(yī)生診斷 突出感興趣區(qū)域，消除噪聲，提供更多的信息 三維建模 圖像融合 虛擬內寇鏡治療規(guī)劃輔助外科手術 制定手術規(guī)劃 手術導航和術中監(jiān)護醫(yī)學教學教學 數(shù)字解剖模型 手術教學訓練科學研究 腦功能和結構的研究2022-4-81162022-4-8117HeadS/I ProjectionMRI Center, University of Rochester Medical School2022-4-8118Che

31、n, Dougherty, Totterman, Hornak, Magn. Reson. Med. 29:358 (1993)NormalCysticScleroticOsteoporosis2022-4-8119授課內容數(shù)字圖像處理緒論（一節(jié)課）醫(yī)學圖像增強（3,4節(jié)課）醫(yī)學圖像分割、配準及融合（一節(jié)課）基于醫(yī)學影像的計算機輔助診斷（一節(jié)課）醫(yī)學圖像三維顯示（一節(jié)課）虛擬人體計劃研究概述（一節(jié)課）分子影像學中圖像處理與分析技術（一節(jié)課）2022-4-8120醫(yī)學圖像處理臨床應用現(xiàn)狀和前景 目前，臨床上醫(yī)學圖像后處理主要以應用隨機軟件進行直接處理為主，由于計算機技術的進步，各種影像學設備隨機

32、安裝大量后處理軟件，使圖像后處理的臨床應用越來越廣泛。這使圖像的顯示、其診斷和鑒別診斷能力均不斷提高，受到影像學科和其他臨床學科醫(yī)生的歡迎和好評。但是近年來脫機應用工作站進行圖像處理有逐漸增多的趨勢。以圖像融合為例：對同一患者而言，將密度分辨率最高、顯示骨質結構和鈣化最佳的CT與軟組織對比分辨率最高的MRI，或者將顯示解剖結構清楚的CT或MRI與顯示功能和代謝改變的PET或SPECT圖像進行融合，獲取一種新型圖像，可增加診斷信息，或者使病灶的定位更準確，其形態(tài)結構顯示得更直觀。由于醫(yī)學影像學設備聯(lián)網(wǎng)和PACS的建立和臨床應用，數(shù)字化圖像包含大量有用信息，所以，圖像后處理的方法有待于進一步開發(fā)。

33、例如：計算機輔助診斷(computed aidded diagnosis, CAD)技術，利用計算機進行圖像的識別和輔助診斷，在乳腺癌和周圍型肺癌的診斷上，有肯定的臨床應用價值，并且正在向其他疾病的診斷方面擴展。有足夠跡象表明：醫(yī)學圖像后處理的新方法和新技術有廣闊的發(fā)展前景，應該引起我們的關注。matlabMATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領域提供了一種全

34、面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。2022-4-81212022-4-8122Matlab環(huán)境2022-4-8123圖像的輸入輸出讀取圖像讀入Tiff,bmp,jpeg,gif,png圖像X=imread(filename);顯示讀入的圖像imshow(X) 同時顯示多幅圖像 figure,imshow(g)保存圖像imwrite(f,filename)讀入dicom圖像X , map = dicomread(filename)顯示讀入的圖像montage(X, map);保存dicom圖像dic

35、omwrite(X, filename)2022-4-8124圖像類型亮度圖像 像素值表示亮度 uint8 uint16 double二值圖像索引圖像RGB圖像2022-4-8125Matlab中的數(shù)據(jù)類名稱描述doubleUint8Uint16Uint32Int8Int16Int32SingleCharlogical雙精度浮點數(shù)，范圍：-1030810308（8字節(jié)/像素）無符號整數(shù) 0 255 1字節(jié)/像素 0 65535 2字節(jié)/像素 0 4294967295 4字節(jié)/像素有符號整數(shù) -128 127 1字節(jié)/像素 -32768，32767 2字節(jié)/像素 -2147483648，2147

36、483647 4字節(jié)/像素單精度浮點數(shù)，范圍：-10381038（4字節(jié)/像素）字符（ 2字節(jié)/像素）值為0或1 1字節(jié)/像素2022-4-8126數(shù)據(jù)類和圖像類型之間的轉換數(shù)據(jù)類間的轉換 B=data_class_name(A)圖像類和類型間的轉換2022-4-8127數(shù)組索引向量（行向量）創(chuàng)建 向量的元素用方括號括起，并由空格或逗號分開。例如：v=1 3 5 7 9W=1，2，3，4,5 單個像素的訪問: 向量名(下標) 如：v(3) 訪問連續(xù)元素 ：例如要存取w的中間三個元素 w(2:4)存取w中的最后三個元素w(3:end) 訪問不連續(xù)數(shù)據(jù)w(1:2:end) 從1開始計數(shù)步長為2(步

37、長可以為負數(shù)) end結束 一個向量可以做另一個向量的索引 W(1 4 5) 從行向量產生列向量向量轉置（.） x=w. w(:) 注意與w(1:end)的區(qū)別2022-4-8128矩陣索引矩陣的創(chuàng)建 用一列被方括號括起來并用分號隔開的行向量表示例如：A=1 2 3；4 5 6；7 8 9矩陣元素的訪問 訪問單個元素A(2,3) 訪問二維元素塊 A(:,3) A(2,:) A(1:2,2:3) A(2:end,end:-2:1) 使用向量作為矩陣的索引 E=A(1 3,2 3) 使用邏輯數(shù)組 D=logical(1 0 0;0 0 1;0 0 0);A(D)A(:) 逐列的形式將元素組成列向量

38、sum(A(:) sum(A) 區(qū)別2022-4-8129一些重要的標準數(shù)組zeros(M,N)生成一個大小為M*N的double類矩陣，其元素均為0ones(M,N)ture(M,N)false(M,N)rand(M,N)2022-4-8130M函數(shù)編程簡介M文件可以是簡單的執(zhí)行一系列Matlab語句的腳本，也可以是接受變量并產生一個或多個輸出的函數(shù)M文件擴展名.mM文件組成： 函數(shù)定義行 H1行 幫助文本 函數(shù)體 命令函數(shù)定義行的形式為：函數(shù)定義行的形式為：functionoutputs=name(input)例：例：function s,p=sumprod(f,g)調用s,p=sumpr

39、od(f,g)2022-4-8131運算符算術運算符關系運算符邏輯運算符2022-4-8132算術運算符運算）數(shù)組運算符（逐個元素數(shù)規(guī)則運算）矩陣運算符（按線性代算術運算符+-兩種運算是一致的，其余用圓點（.）來區(qū)分兩種運算例如：C=A*B表示傳統(tǒng)意義上的矩陣成積D=A.*B表示數(shù)組乘法，要求A B兩個數(shù)組大小 相同，逐像素相乘 即：D(I,J)=A(I,J)*B(I,J)2022-4-8133運算符 名稱Matlab函數(shù)示例+數(shù)組和矩陣加減plus(A,B)-minus(A,B).*數(shù)組乘times(A,B)*矩陣乘mtimes(A,B)./數(shù)組右除rdivide(A,B)C=A./B c(i,j)=A (i,j)/ B(i,j)/矩陣右除mrdivide(A,B).數(shù)組左除ldivide(A,B)C=A.B c(i,j)=B (i,j)/ A(i,j)矩陣左除mldivide(A,B).數(shù)組求冪power(A,B)C=A.B C(I,j)=A(I,