10第10章醫(yī)學(xué)圖像處理軟件與醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用

1、第10章醫(yī)學(xué)圖像處理軟件與醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用2011.3醫(yī)學(xué)成像及處理技術(shù)教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，了解國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)圖像處理軟件的種類和特點(diǎn)，常用的醫(yī)學(xué)圖像處理軟件，我國(guó)在此領(lǐng)域內(nèi)的成就。了解醫(yī)學(xué)圖像的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外外科手術(shù)的仿真與規(guī)劃、手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航的發(fā)展最新成果。了解醫(yī)學(xué)圖像處理在中醫(yī)舌診和中醫(yī)膚色診斷上的應(yīng)用。 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件 醫(yī)學(xué)圖像的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用 醫(yī)學(xué)圖像的中醫(yī)臨床應(yīng)用 醫(yī)學(xué)圖像的臨床應(yīng)用展望 10.1醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件 醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法方面的研究主要包括醫(yī)學(xué)圖像分割處理、醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)以及三維可視化處理，目前已經(jīng)有了非常多的成熟的算法，并且新的算法還在源源不斷地

2、涌現(xiàn)。 10.1醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的一些醫(yī)學(xué)圖像研究組和公司為了更好地利用現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法，避免重復(fù)勞動(dòng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了許多醫(yī)學(xué)圖像處理與分析的軟件平臺(tái)。利用這些平臺(tái)來(lái)開發(fā)自己的應(yīng)用系統(tǒng)，或直接應(yīng)用這些平臺(tái)完成自己的研究工作，大大縮短了研究成果和實(shí)際應(yīng)用之間的周期。國(guó)際上，人們對(duì)研發(fā)高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件平臺(tái)也非常重視。目前，醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的一個(gè)研究新熱點(diǎn)。 10.1.1 醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件的分類 目前的國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件平臺(tái)總體可以分為兩種類型：一種是封裝了各種醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法的算法平臺(tái)（通常還稱

3、作為算法工具包Algorithm Toolkit），為醫(yī)學(xué)圖像軟件的開發(fā)提供豐富的算法庫(kù)；而另一種是封裝了各種醫(yī)學(xué)圖像處理與分析功能，并且具有友好用戶界面的應(yīng)用平臺(tái)（通常也稱作為應(yīng)用系統(tǒng)Application System），能為科學(xué)研究和臨床診斷等提供了功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助研究和診斷。 10.1醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit） 和VTK（Visualization Toolkit）是目前在醫(yī)學(xué)圖像研究人員使用最廣泛的兩個(gè)算法平臺(tái)，其他的一些算法平臺(tái)如3DVIEWNIX、Analyze，應(yīng)用也非常廣泛。為

4、了加快醫(yī)學(xué)圖像算法平臺(tái)和應(yīng)用平臺(tái)的研發(fā)速度，很多研究機(jī)構(gòu)都直接基于VTK 和ITK 等算法平臺(tái)作為新平臺(tái)的底層，如德國(guó)腫瘤研究中心GCRC（German Cancer Research Center）開發(fā)的醫(yī)學(xué)影像交互平臺(tái)Medical Imaging Interaction Toolkit，和Kitware 公司開發(fā)的VolView。另外還有一些的被廣泛應(yīng)用的軟件如VG Studio，AVS/Express等等。 10.1.2國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái) 1.可視化算法平臺(tái)VTK VTK（Visualization Toolkit） 是一個(gè)主要進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的開放源碼（Open Sourc

5、e）的算法平臺(tái)，目前由美國(guó)Kitware 公司負(fù)責(zé)維護(hù)。早在1993 年12 月由美國(guó)GE 公司研發(fā)部門的Schroeder 和Martin 首次發(fā)布，當(dāng)時(shí)只是作為“The Visualization Toolkit ：An Object Oriented Approach to 3D Graphics”這本書的配套軟件使用。目前這本書已經(jīng)發(fā)行到了第5版，而且使用VTK 的人數(shù)也在不斷增加 。10.1.2國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)VTK功能非常強(qiáng)大，提供了超過300 個(gè)C+類，并且可以支持跨平臺(tái)開發(fā)，支持Windows、Unix、Linux 等多種平臺(tái)。必須說(shuō)明的是，VTK 并不是專門針對(duì)

6、醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域開發(fā)的算法平臺(tái)，它的主要目標(biāo)是通用可視化領(lǐng)域，但是它在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 10.1.2國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)它是從事可視化應(yīng)用程序開發(fā)的研究人員的強(qiáng)大的技術(shù)工具，以方便性和靈活性為主要原則，它的主要特點(diǎn)如下：（1）強(qiáng)大的三維圖形功能。 （2）VTK 的體系結(jié)構(gòu)使得其具有非常好的流和高速緩存的能力；（3）能夠很好地支持基于網(wǎng)絡(luò)的工具如Java 和VRML；（4）具有豐富的數(shù)據(jù)類型，支持對(duì)多種數(shù)據(jù)類型進(jìn)行處理；（5）VTK 的代碼具有良好的可移植性。 VTK 已經(jīng)成為通用可視化領(lǐng)域內(nèi)最著名的算法平臺(tái)，也在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。 10.1.2國(guó)外醫(yī)

7、學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)2 分割與配準(zhǔn)算法平臺(tái)ITK ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit） 的主要目的是提供一個(gè)醫(yī)學(xué)圖像分割與配準(zhǔn)的算法平臺(tái)，它起源于美國(guó)的可視人體項(xiàng)目。由美國(guó)NIH（國(guó)家衛(wèi)生院）下屬的NLM（國(guó)立醫(yī)學(xué)圖書館）發(fā)起開發(fā)一個(gè)分割與配準(zhǔn)的算法平臺(tái)，對(duì)可視人體項(xiàng)目得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，最終由多所高校和公司合作開發(fā) 。10.1.2國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)ITK 也支持跨平臺(tái)開發(fā)，支持Windows、Unix、Linux 等多種平臺(tái)，目前也采用Open Source 的形式發(fā)行，以保證最大限度地推廣它。經(jīng)過多年的開

8、發(fā)，目前可以提供幾乎所有主流的醫(yī)學(xué)圖像分割與配準(zhǔn)算法，并且現(xiàn)在還一直在持續(xù)地發(fā)展，它將繼續(xù)為醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域內(nèi)的研究人員提供一個(gè)分割與配準(zhǔn)的算法平臺(tái)。 10.1.2國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)3 醫(yī)學(xué)影像交互平臺(tái)Medical Imaging Interaction Toolkit 醫(yī)學(xué)影像交互平臺(tái)Medical Imaging Interaction Toolkit 首次亮相于SPIE Medical Imaging 的2004 年會(huì)上，是由德國(guó)腫瘤研究中心（GCRC）開發(fā)的，它封裝了VTK 中的可視化算法和ITK 中的分割與配準(zhǔn)算法，并加入了很多交互的算法，使交互、數(shù)據(jù)處理和顯示有機(jī)地結(jié)

9、合在一起，從而構(gòu)成了一個(gè)使用方便的交互式醫(yī)學(xué)圖像處理與分析的算法平臺(tái)。算法平臺(tái)的設(shè)計(jì)繼承了VTK 和ITK 的風(fēng)格，并使用了CMake、doxygen和cvs等作為處理軟件。Medical Imaging Interaction Toolkit同樣采用了Open Source 的形式發(fā)行，極大地方便了醫(yī)學(xué)圖像處理與分析算法平臺(tái)在臨床中的應(yīng)用與推廣 。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)1 3DVIEWNIX 系統(tǒng) 3DVIEWNIX 系統(tǒng)是由美國(guó)賓州大學(xué)放射系醫(yī)學(xué)圖像處理小組開發(fā)的，提供了醫(yī)學(xué)圖像的預(yù)處理、二維和三維的可視化、圖像分析等功能，它是在Unix 下使用C 語(yǔ)言開發(fā)的，利用X

10、-Window系統(tǒng)提供用戶界面。3DVIEWNIX 系統(tǒng)的特色之處就是提供了很多圖像分割工具，包括域值分割、基于模糊連接度的分割、Livewire 分割等等，簡(jiǎn)化了圖像分割的工作量，非常有價(jià)值。由于其應(yīng)用平臺(tái)并不是一個(gè)免費(fèi)軟件，且其只能在Unix 環(huán)境下運(yùn)行，用戶界面比較復(fù)雜，所以應(yīng)用范圍和用戶受到限制。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)2 Analyze 系統(tǒng) Analyze系統(tǒng)是由美國(guó)著名的Mayo 醫(yī)學(xué)中心（Mayo Clinic）的生物醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)室BIR（Biomedical Imaging Resource）先后經(jīng)歷了25 年時(shí)間研發(fā)的可視化圖像處理與分析系統(tǒng)，提供對(duì)CT

11、、MR 和PET 等多種模態(tài)的生物醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行多維顯示、數(shù)據(jù)處理、分割、配準(zhǔn)以及測(cè)量等功能。Analyze系統(tǒng)最初是基于Unix 開發(fā)的，不過為了滿足用戶的需求，BIR 于1996 年對(duì)Analyze 進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)以支持其它操作系統(tǒng)。 目前Analyze系統(tǒng)完全基于軟件開發(fā)包AVW 來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能，并采用Tcl/Tk來(lái)設(shè)計(jì)用戶界面。Analyze系統(tǒng)現(xiàn)在可以支持4 種UNIX系統(tǒng)，4 種Windows 系統(tǒng)，3 種Linux 系統(tǒng)和2 種Mac系統(tǒng)，同時(shí)各種功能的計(jì)算性能也比原來(lái)強(qiáng)大得多。不過Analyze 系統(tǒng)是一個(gè)商業(yè)軟件，由AnalyzeDirect 公司負(fù)責(zé)公開發(fā)行，但用戶可以到申請(qǐng)

12、免費(fèi)試用。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)圖10-1 Analyze系統(tǒng)10.0的主界面 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)3 VolView系統(tǒng) VolView 系統(tǒng)是由美國(guó)Kitware公司開發(fā)的，其主要功能是提供一個(gè)易于使用的、交互式的可視化圖像處理工具。VolView系統(tǒng)雖然也是一個(gè)商業(yè)軟件，但Kitware公司負(fù)責(zé)開發(fā)并維護(hù)著兩個(gè)非常著名的開放源碼的醫(yī)學(xué)影像處理開發(fā)包VTK 和ITK，有非常濃厚的科研背景。 VolView 也是基于VTK 和ITK 開發(fā)出來(lái)的，提供免費(fèi)的試用下載，讀者可以到/products/volview.html網(wǎng)頁(yè)去申請(qǐng)免費(fèi)試用。 10

13、.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)在2.0 版本之后，使用基于ITK 這一強(qiáng)大的分割與配準(zhǔn)算法平臺(tái)，提供了比較多的分割功能，且提供了一些等值面生成（Isosurface Generation）的算法來(lái)支持面繪制。VolView系統(tǒng)現(xiàn)在主要提供Windows系統(tǒng)下使用，在Linux 系統(tǒng)下也有提供，不過版本比較低。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)圖10-2 VolView的主界面10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)4 VGStudio MAX 系統(tǒng)VGStudio MAX系統(tǒng)是由德國(guó)VG 公司開發(fā)的CT 三維可視化圖像處理與測(cè)量的商業(yè)化軟件，也是業(yè)內(nèi)具有領(lǐng)導(dǎo)地位的vo

14、xel 數(shù)據(jù)可視化與分析系統(tǒng)，帶來(lái)了處理大量voxel 數(shù)據(jù)的概念。它主要應(yīng)用于樣品內(nèi)部瑕疵分析、樣品內(nèi)部厚度分析、樣品分解、樣品內(nèi)部幾何形狀測(cè)量、樣品內(nèi)外部逆向工程設(shè)計(jì)等等。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)它具有以下的一些優(yōu)勢(shì)：高精度、海量數(shù)據(jù)處理的功能，MRI與CT圖像融合功能，多種圖像過濾能力，多物體一場(chǎng)景功能，優(yōu)化的STL 抽取能力，以及特有的三維影片制作能力與任意視角觀察能力。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)5 3D Doctor 系統(tǒng)3D Doctor是美國(guó)Able Software 公司開發(fā)完成的一個(gè)商業(yè)化醫(yī)用三維圖形建模系統(tǒng)，適用于X 光透視成像、顯微

15、鏡成像、MRI、CT、科學(xué)計(jì)算和工業(yè)用3D 圖像處理程序。它功能包括三維圖像分割、三維表面渲染、體積渲染、三維圖像處理、反卷積、圖像配準(zhǔn)、自動(dòng)隊(duì)列、測(cè)量等。系統(tǒng)能夠根據(jù)2D 的橫截面圖像實(shí)時(shí)渲染成3D 模型，并可將模型輸出為STL、DXF、IGES、3DS、OBJ、XYZ 等文件格式，供其他程序進(jìn)行定量分析。有關(guān)3D Doctor 的使用和說(shuō)明讀者可以到/3d-doctor去查看。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)圖10-3 3D Doctor的主界面 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)6 MIMICS 系統(tǒng)MIMICS系統(tǒng)是比利時(shí)的Materialise公司的交互式醫(yī)學(xué)影

16、像控制系統(tǒng)，即為Materialises interactive medical image control system，它是模塊化結(jié)構(gòu)的軟件，可以根據(jù)用戶的不用需求有不同的搭配。它的基礎(chǔ)模塊有：圖像導(dǎo)入、圖像分割、圖像可視化、圖像配準(zhǔn)和圖像測(cè)量，可選模塊有：快速成型（RP）切片模塊、MedCAD模塊、仿真模塊、STL+模塊等。MIMICS系統(tǒng)是一套高度整合而且易用的3D圖像生成及編輯處理軟件，它輸入多種格式的掃描數(shù)據(jù)（CT，MRI等），轉(zhuǎn)化為3D 模型進(jìn)行編輯，且能輸出通用的CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、FEA（有限元分析）、RP（快速成型）格式，可以在PC機(jī)上進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。10.

17、1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)MIMICS系統(tǒng)還可應(yīng)用到如考古學(xué)，生物學(xué)等。與工業(yè)CT 結(jié)合，還可以做到逆向工程、無(wú)損探傷等方面的應(yīng)用。有關(guān)MIMICS的使用和說(shuō)明讀者可以到/mimics去查看，并可以下載試用。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)圖10-4 MIMICS的界面10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)7 3D Slicer 系統(tǒng)3D Slicer項(xiàng)目是由波士頓布里格姆婦女醫(yī)院手術(shù)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院的人工智能實(shí)驗(yàn)室在1998 年聯(lián)合發(fā)起的，其目的是開發(fā)一個(gè)易于使用的可視化圖像圖像處理和分析的軟件，3D Slicer是一個(gè)開放源碼免費(fèi)的可視化和圖像分析的

18、軟件，其基于VTK、ITK、KWWidgets、Teem 等開源軟件，并且支持多操作系統(tǒng)，如Windows、Linux、Mac Os X，可到www. S下載。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)其結(jié)構(gòu)采用Plug-in 機(jī)制，包含了醫(yī)學(xué)圖像的分割、配準(zhǔn)、可視化，方便進(jìn)行擴(kuò)展。目前主要針對(duì)于神經(jīng)科學(xué)、圖像引導(dǎo)治療等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其中還有許多部分需要完善。有關(guān)3D Slicer 的使用和說(shuō)明讀者可以到：去查看，并可以下載試用。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)圖10-5 3D Slicer為其應(yīng)用界面10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)8 AVS/ExpressAVS（Ad

19、vanced Visual Systems Inc.）成立于1991 年，在數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域，AVS 被普遍認(rèn)為是世界領(lǐng)導(dǎo)者。該公司的AVS/Express 高級(jí)可視化系統(tǒng)是世界領(lǐng)先的多維可視化開發(fā)平臺(tái)。AVS/Express 是一個(gè)可在各種操作系統(tǒng)下開發(fā)可視化應(yīng)用程序的平臺(tái)，使用它可以快速建立具有交互式可視化和圖形功能的科學(xué)和商業(yè)應(yīng)用程序。利用面向?qū)ο蟮目梢暬幊汰h(huán)境，開發(fā)者可以快速地進(jìn)行交互式圖形應(yīng)用，以便在開放和可擴(kuò)充的環(huán)境中處理大量數(shù)據(jù)問題。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)其優(yōu)點(diǎn)是：大大縮短了編程的時(shí)間，提高了工作效率；對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理功能強(qiáng)大，使得海量數(shù)據(jù)變得形象、直觀；

20、AVS/Express 是目前市場(chǎng)上功能最強(qiáng)的可視化開發(fā)工具。除醫(yī)學(xué)上應(yīng)用外，AVS/Express還廣泛應(yīng)用于工程分析、航空航天、石油工業(yè)、地理信息系統(tǒng)、氣象、遙感、環(huán)境、有限元分析、流體力學(xué)計(jì)算、電信、金融、國(guó)防等領(lǐng)域。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)9 國(guó)外現(xiàn)有平臺(tái)的不足VTK 是一個(gè)面向通用的可視化領(lǐng)域的一個(gè)開發(fā)平臺(tái)，并不是專門針對(duì)醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的。VTK 的規(guī)模相當(dāng)龐大，里面的算法也很多，使得它的復(fù)雜度大大增加。同時(shí)因?yàn)橐疹櫟礁鱾€(gè)領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)VTK 的時(shí)候，主要目標(biāo)是一個(gè)通用的、靈活的框架，并沒有對(duì)某一個(gè)特定的算法進(jìn)行優(yōu)化，因此VTK 的速度較慢。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)

21、學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)ITK 并不提供可視化處理的能力，一般要與VTK聯(lián)合起來(lái)使用才能構(gòu)成一個(gè)比較完整的醫(yī)學(xué)影像的處理與分析系統(tǒng)。先使用ITK 進(jìn)行影像的配準(zhǔn)、分割處理，然后再使用VTK 進(jìn)行三維可視化處理，這樣就極大地增加了復(fù)雜度。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)由于歷史原因，VTK 和ITK 所使用的編程風(fēng)格和方法完全不同，導(dǎo)致了同時(shí)使用VTK 和ITK 時(shí)，必須學(xué)習(xí)兩套規(guī)模都相當(dāng)龐大的開發(fā)平臺(tái)，對(duì)使用者造成了一定的學(xué)習(xí)難度。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)VTK 雖然它所提供的某些算法已經(jīng)具備處理Out-of-Core數(shù)據(jù)的能力（由具體算法的特點(diǎn)所決定），但是

22、這種支持只是停留在個(gè)別具體算法上，并不具有普遍性和通用性；而ITK 由于還是專門針對(duì)圖像處理類算法的開發(fā)包，在框架結(jié)構(gòu)上并沒有特別提供對(duì)Out-of-Core 數(shù)據(jù)的支持，雖然通過對(duì)其相關(guān)模板類進(jìn)行一定程度的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)支持，但是這種框架結(jié)構(gòu)上的擴(kuò)展對(duì)普通算法研究者或使用者來(lái)說(shuō)存在很大困難。 10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)Medical Imaging Interaction Toolkit 和VolView都是基于VTK 和ITK 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，但由于VTK 和ITK 的缺陷以及這兩個(gè)平臺(tái)對(duì)VTK 和ITK 的相互依賴，使得Medical Imaging Interac

23、tion Toolkit 和VolView的發(fā)展受到了極大的束縛。雖然3DVIEWNIX、Analyze、VGStudio MAX、MIMICS 和AVS/Express 等軟件的功能都非常強(qiáng)大，但由于其都是商業(yè)軟件，而且價(jià)格還是比較昂貴的，不利于在醫(yī)學(xué)影像處理領(lǐng)域的普遍應(yīng)用 。10.1.3 國(guó)外醫(yī)學(xué)圖像處理與分析應(yīng)用平臺(tái)10.1.4 國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件針對(duì)國(guó)際上現(xiàn)有平臺(tái)的缺陷，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)提出了自己的解決方案。它主要包括以下模塊：（1）二維系統(tǒng)功能模塊，圖像顯示、圖像處理、測(cè)量和標(biāo)注，圖像的幾何變換、濾波處理等；（2）三維數(shù)據(jù)處理模塊，通過分割處理可將原始數(shù)據(jù)分成物體、背景、骨骼

24、、軟組織等多種類型，并將感興趣的區(qū)域（如病灶）提取出來(lái)；（3）切片重組模塊；（4）三維重建及可視化模塊10.1.4 國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)圖像處理軟件系統(tǒng)，主要功能包括：（1）常用的文件操作；（2）基本處理功能；（3）灰度工具；（4）形態(tài)學(xué)變換；（5）圖像分析；（6）擴(kuò)展插件系統(tǒng);（7）自帶一個(gè)小型的插件管理系統(tǒng)，將所有注冊(cè)的插件集成到系統(tǒng)菜單中；（8）集成化的特殊應(yīng)用程序包；（9）版權(quán)說(shuō)明，必要的幫助信息等。10.1.4 國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所的醫(yī)學(xué)影像研究室所提出的有關(guān)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件平臺(tái)的解決方案為例: 該醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件平臺(tái)包括算法層和

25、應(yīng)用層。算法層是一個(gè)集成化的醫(yī)學(xué)影像處理與分析算法研發(fā)平臺(tái)MITK（Medical Imaging ToolKit），該MITK 在一個(gè)統(tǒng)一的框架里面實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)影像分割、配準(zhǔn)、三維可視化等算法。 10.1.4 國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件在應(yīng)用層，則是由一個(gè)三維醫(yī)學(xué)影像處理與分析平臺(tái)3DMed（Three-Dimensional Medical Image Processing and Analyzing System）和一個(gè)Plugin SDK組成，是一個(gè)專門面向用戶的應(yīng)用系統(tǒng)。3DMed的核心功能來(lái)自MITK中的算法，目的是將應(yīng)用層和算法層分離，提高了整個(gè)平臺(tái)的研發(fā)效率。 10.1.4 國(guó)內(nèi)

26、醫(yī)學(xué)圖像處理與分析軟件圖10-8 3DMed的主界面 10.2 醫(yī)學(xué)圖像的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，圖學(xué)圖像的質(zhì)量也越來(lái)越高，醫(yī)學(xué)圖像在中、西醫(yī)臨床診斷與治療中得到了廣泛的應(yīng)用。如：外科仿真與規(guī)劃、手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航等。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、安全、可重復(fù)和不受氣候、場(chǎng)地、時(shí)間限制的優(yōu)勢(shì)，被稱為除理論推導(dǎo)和科學(xué)試驗(yàn)之外的人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的第三種手段。10.2.

27、1外科仿真與規(guī)劃仿真技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中只有十多年的歷史，從上個(gè)世紀(jì)90年代人們對(duì)醫(yī)學(xué)三維成像系統(tǒng)的研究開始的，不同于其它領(lǐng)域的仿真的是，醫(yī)學(xué)仿真是建立在三維圖像的基礎(chǔ)上的，而三維圖像又是來(lái)源于真實(shí)人的基礎(chǔ)上的，利用三維圖像進(jìn)行外科仿真手術(shù)與規(guī)劃近幾年在國(guó)內(nèi)外都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于骨外科、神經(jīng)外科、胸腹外科、整形外科等領(lǐng)域。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃“中國(guó)數(shù)字人之父”著稱的中國(guó)工程院鐘世鎮(zhèn)院士為顧問、南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院方馳華教授領(lǐng)銜的一項(xiàng)國(guó)家高科技研究發(fā)展(863)計(jì)劃項(xiàng)目醫(yī)學(xué)圖像三維重建可視化仿真手術(shù)系統(tǒng)(MIPS)，于2008年已經(jīng)面世了。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃該項(xiàng)目研

28、究組歷時(shí)2年多時(shí)間，對(duì)240余位正常人和300余例腹部實(shí)質(zhì)臟器腫瘤患者，通過64排螺旋CT對(duì)其腹部進(jìn)行薄層掃描并采集數(shù)據(jù)，并輸入自主研發(fā)的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)。系統(tǒng)再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速自動(dòng)分割和三維重建，重建后的三維模型與被采集數(shù)據(jù)者的個(gè)體化腹部臟器完全吻合。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃目前該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了肝膽胰外科部分手術(shù)的仿真手術(shù)，如肝癌肝切除術(shù)、肝移植術(shù)、肝血管瘤剝除術(shù)、胰頭十二指腸切除術(shù)、胰尾腫瘤切除術(shù)、脾切除術(shù)、肝內(nèi)外膽管結(jié)石外科治療等。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃圖10-9 術(shù)前仿真狹窄膽道整形 圖10-10 術(shù)中狹窄膽道整形10.2.1外科仿真與規(guī)劃該系統(tǒng)最值得稱道的是，可以對(duì)手術(shù)前的方案設(shè)

29、計(jì)、規(guī)劃進(jìn)行反復(fù)操作和修正，直到既能完全切除病灶，又能盡可能減少對(duì)患者的創(chuàng)傷的滿意效果為止。該系統(tǒng)對(duì)提高手術(shù)教學(xué)和訓(xùn)練質(zhì)量、減少術(shù)中決策時(shí)間、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)性等有較大幫助，具有非常重要的臨床意義。10.2.1外科仿真與規(guī)劃通過三維重建進(jìn)行骨科手術(shù)的技術(shù)目前主要應(yīng)用于高難度、復(fù)雜性的骨科手術(shù)。手術(shù)之前，專家先利用先進(jìn)的CT等技術(shù)對(duì)病患或創(chuàng)傷部位進(jìn)行了全面數(shù)據(jù)掃描，然后在計(jì)算機(jī)上建立精確到毫米級(jí)虛擬骨骼三維立體圖像，通過三維成像，專家可以清晰的觀察到患處每一細(xì)節(jié)部位的狀況，大大提高了對(duì)患者病情的認(rèn)知，同時(shí)專家就可以在計(jì)算機(jī)軟件上進(jìn)行模擬仿真手術(shù)操作。建立三維圖像之后，還可以利用儀器塑造出比例為1比1

30、的三維立體實(shí)體模型。這種實(shí)體模型的原材料可采用聚酯乙烯粉，通過激光燒結(jié)，凝固成三維物體 10.2.1外科仿真與規(guī)劃圖10-11 一例脊柱側(cè)彎患者的實(shí)體模型 10.2.1外科仿真與規(guī)劃專家將在手術(shù)前對(duì)如何卡位、敲定螺釘位置、如何穩(wěn)固等進(jìn)行反復(fù)模擬仿真演練，最大限度確保手術(shù)安全和一次性成功。并且這種實(shí)體模型可以經(jīng)過高溫消毒帶進(jìn)手術(shù)室，在手術(shù)過程中，醫(yī)生可以一邊觀察模型了解患者發(fā)病部位的全局狀況，從而確保手術(shù)的精確度。 10.2.1外科仿真與規(guī)劃顱面外科也是醫(yī)學(xué)仿真與手術(shù)規(guī)劃應(yīng)用最多的臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域之一,三維重建CT 影像能夠再現(xiàn)人體組織、器官的形態(tài)特征及其與毗鄰結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系,可在計(jì)算機(jī)屏幕上對(duì)頭顱

31、進(jìn)行“無(wú)損傷的活體電子解剖”。中山醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)博士后楊斌在黃洪章教授指導(dǎo)下,在國(guó)內(nèi)首先研制出顱頜面CT 圖像三維重建,立體結(jié)構(gòu)三維測(cè)量和顱頜面整形手術(shù)模擬系統(tǒng)軟件3DCMFCAS。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航 手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)自太空定位概念手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是包括有一個(gè)工具偵察儀、導(dǎo)航工具和電腦工作站三個(gè)主要部分結(jié)合的高科技產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航系統(tǒng)是先在計(jì)算機(jī)屏幕上，將手術(shù)患者的病灶部位進(jìn)行三維可視化，醫(yī)生先規(guī)劃好仿真軟件，進(jìn)行手術(shù)方案的設(shè)計(jì)和模擬、仿真操作；在此基礎(chǔ)上，“真刀真槍”地進(jìn)行手術(shù)時(shí)，醫(yī)生操作就更加熟練、更加胸有成竹，手術(shù)也更加安全了；手術(shù)中，一些非常精確、費(fèi)力的手術(shù)

32、動(dòng)作也可以通過計(jì)算機(jī)規(guī)劃好的手術(shù)指令，由機(jī)器人來(lái)進(jìn)行。10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航手術(shù)可縮短手術(shù)時(shí)間，減輕了患者痛苦；計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)還簡(jiǎn)化了手術(shù)操作，縮短了手術(shù)和麻醉時(shí)間，減輕了患者痛苦；高齡患者術(shù)后不用再長(zhǎng)期臥床，縮短了手術(shù)后的康復(fù)時(shí)間，患者住院時(shí)間和醫(yī)療費(fèi)用也都相應(yīng)減少；一些以往不能治療或治療困難的患者現(xiàn)在也可以得到治愈。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航1.骨科手術(shù)中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的骨科手術(shù)，醫(yī)生是在自己的頭腦中確定手術(shù)方案，但方案質(zhì)量的高低，往往依賴于醫(yī)生的外科經(jīng)驗(yàn)與技能。而用計(jì)算機(jī)代替醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)方案的三維構(gòu)思，則更加客觀、定量、精確，且其信息可供整個(gè)手術(shù)組的每一位成員共享。

33、10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航原來(lái)許多創(chuàng)傷骨科手術(shù)都需要進(jìn)行術(shù)中X射線影像掃描，由機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)則可以有效地降低醫(yī)生和患者術(shù)中X射線輻射的時(shí)間；骨折內(nèi)固定手術(shù)和關(guān)節(jié)置換手術(shù)較復(fù)雜，骨科醫(yī)生必須像安裝工人一樣費(fèi)力地進(jìn)行截骨、翻修、測(cè)量尺寸和角度，但卻不能像工人那樣有精密的機(jī)床來(lái)輔助裝配。采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)后，可以制造出同患者真實(shí)骨骼尺寸相符的人工關(guān)節(jié)，這種“特制”的個(gè)體化人工關(guān)節(jié)同人體完全匹配，并由機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的安裝。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航2.神經(jīng)外科手術(shù)中的應(yīng)用 神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)，其操作主要分為四個(gè)階段： 術(shù)前準(zhǔn)備、系統(tǒng)設(shè)定、術(shù)中導(dǎo)航和術(shù)后記錄。10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航在手術(shù)前

34、，導(dǎo)航系統(tǒng)可以幫助臨床醫(yī)生完成病人顱腦等病灶部位的三維圖象重建，該三維模型是做導(dǎo)航手術(shù)時(shí)給醫(yī)生提供病人的立體解剖圖像，方便醫(yī)生準(zhǔn)確判斷，切除腫瘤時(shí)不會(huì)觸及其它組織。并可重建模型包括人頭模型、腫瘤模型、血管模型、腦室模型等的三維圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)病變的毫米級(jí)精度的準(zhǔn)確定位，從而有利于制定精確的手術(shù)計(jì)劃。在手術(shù)中，導(dǎo)航系統(tǒng)能夠引導(dǎo)手術(shù)顯微鏡自動(dòng)尋找病變位置，隨時(shí)動(dòng)態(tài)反饋手術(shù)的進(jìn)程，在完成切除病變的同時(shí)，對(duì)正常神經(jīng)血管結(jié)構(gòu)做到損傷盡可能小或幾乎沒有損傷 。10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航圖10-12 一種神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)外觀圖 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航3.脊柱手術(shù)中的應(yīng)用 脊柱手術(shù)要求絕對(duì)的精準(zhǔn)，做脊

35、柱手術(shù)的醫(yī)生要有豐富的經(jīng)驗(yàn)和嫻熟的技術(shù)。 脊柱手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)由立體定向、計(jì)算機(jī)影像學(xué)、紅外線信號(hào)追蹤和機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合的高科技產(chǎn)物。由于脊柱外科手術(shù)要求高度精準(zhǔn)的特點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)很快被應(yīng)用到脊柱手術(shù)中，即脊柱導(dǎo)航手術(shù)。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航脊柱導(dǎo)航的基本原理：首先為患者拍攝、等，將這些影像數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，再由計(jì)算機(jī)制作成患病局部的三維立體圖像，然后醫(yī)生就可以根據(jù)這個(gè)立體圖像了解患處的細(xì)部特征，進(jìn)而制定詳細(xì)的手術(shù)計(jì)劃。最后再通過紅外線信號(hào)引導(dǎo)手術(shù)者準(zhǔn)確地找到病變組織甚至直接切除病變。10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航圖10-13 利用脊柱手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)做手術(shù)10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航目前

36、常用的脊柱導(dǎo)航手術(shù)包括兩種方式：一種就是我們上面提到的在影像基礎(chǔ)上進(jìn)行的脊柱導(dǎo)航，我們稱之為脊柱導(dǎo)航；另一種是在術(shù)中射線掃描，我們稱之為型臂脊柱導(dǎo)航。當(dāng)然也可以將這兩種影像結(jié)合在一起進(jìn)行導(dǎo)航。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航脊柱導(dǎo)航手術(shù)可以應(yīng)用在幾乎所有的脊柱脊髓手術(shù)中，如脊柱外傷、畸形、滑脫、椎間盤突出、椎管狹窄、脊柱脊髓腫瘤等等。特別是在內(nèi)固定如椎弓根釘植入手術(shù)中，它可以隨時(shí)顯示螺釘?shù)奈恢蒙疃群徒嵌燃捌渲車匾难苌窠?jīng)結(jié)構(gòu)，明顯降低了手術(shù)中損傷重要神經(jīng)血管導(dǎo)致嚴(yán)重并發(fā)癥的危險(xiǎn)性，這一點(diǎn)在頸部手術(shù)中尤其重要。在脊柱脊髓腫瘤手術(shù)中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以達(dá)到毫米級(jí)的精確定位，把手術(shù)創(chuàng)傷減少到最低的程度。

37、10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航4.磁共振成像導(dǎo)航介入治療系統(tǒng)“磁共振成像導(dǎo)航介入治療系統(tǒng)”通過將手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合到磁共振掃描機(jī)上，借助計(jì)算機(jī)的處理，把手術(shù)器械（如穿刺針）的影像及虛擬的進(jìn)針路線投射到MRI實(shí)時(shí)成像的解剖圖像上，以達(dá)到準(zhǔn)確定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控。 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航圖10-14 一種數(shù)字平板磁導(dǎo)航血管造影系統(tǒng) 10.2.2 手術(shù)計(jì)劃與導(dǎo)航利用計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)各種手術(shù)進(jìn)行手術(shù)計(jì)劃和導(dǎo)航正在廣泛地應(yīng)用在各種外科手術(shù)中，正在影響和改變著傳統(tǒng)手術(shù)方法和效果，它也必將帶來(lái)一場(chǎng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)手術(shù)的革命。 10.3 醫(yī)學(xué)圖像的中醫(yī)臨床應(yīng)用中醫(yī)診病以醫(yī)生的主觀診斷為主，很大程度上缺乏客觀診斷方法與

38、標(biāo)準(zhǔn)，阻礙了中醫(yī)的發(fā)展。中醫(yī)診斷客觀化、標(biāo)準(zhǔn)化研究具有十分重要意義。在中醫(yī)客觀化診斷中，中醫(yī)舌診和中醫(yī)膚色診斷研究中取得了一定的成功。醫(yī)學(xué)圖像的中醫(yī)臨床應(yīng)用在中醫(yī)舌診圖像分析和中醫(yī)膚色圖像分析中得到了充分體現(xiàn)。中醫(yī)舌診圖像分析 中醫(yī)膚色圖像分析1. 中醫(yī)舌診簡(jiǎn)介中醫(yī)四診“望”、“聞”、“問”、“切”中，“望”為先。舌診是望診的重要組成部分，是辯證論治的主要客觀依據(jù),現(xiàn)已成為中醫(yī)診察疾病的一種常規(guī)診斷方法。 10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析望舌一般從望舌、望苔、望舌下絡(luò)脈等角度出發(fā)，望舌順序一般先看舌尖，其次看舌中、舌側(cè)，最后看舌根部，同時(shí)看舌體(舌質(zhì))的色質(zhì)和舌苔的

39、厚薄、顏色等。舌象包括舌質(zhì)和舌苔各種表現(xiàn)。舌質(zhì)是舌的肌肉脈絡(luò)組織，舌質(zhì)的顏色可以分為淡紅、淡自、紅色、絳紅和紫色，正常舌質(zhì)淡紅且鮮明潤(rùn)澤，柔軟靈活，運(yùn)動(dòng)自如，胖瘦老嫩大小適中，未見異常形態(tài)；舌苔是舌面上附著的一層苔狀物。舌苔分為苔色和苔質(zhì)，苔色包括白苔、黃苔、灰苔和黑苔。苔質(zhì)通常指苔的有無(wú)、厚薄、腐膩和潤(rùn)燥等。正常舌苔薄白，顆粒均勻，干濕適中，不粘不膩，其下有根。舌質(zhì)和舌苔的異常變化則構(gòu)成病理舌象。舌診主要觀察舌象特征，如舌神、舌質(zhì)的顏色、舌苔的顏色、舌苔的厚薄、濕度、質(zhì)地、舌形、舌態(tài)和舌底脈絡(luò)等。顏色是舌診的重要依據(jù)，舌質(zhì)和舌苔的顏色基本沒有重疊。 2. 中醫(yī)舌診圖像分析技術(shù)通常情況下，中醫(yī)

40、舌診圖像分析包括：舌圖像采集，舌圖像預(yù)處理，舌圖像色彩校正，邊緣檢測(cè)，區(qū)域分割，舌象提取，舌質(zhì)和舌苔分離，舌質(zhì)、舌苔和舌形等特征信息定性和定量分析，模式識(shí)別等，并給出診斷結(jié)果。其基本算法流程如圖所示。 (1) 舌圖像采集舌圖像的采集是中醫(yī)舌診客觀化研究的關(guān)鍵之一，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外進(jìn)行舌診客觀化研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。目前，舌圖像的采集還沒有建立一套統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)。舌診圖像采集主要考慮：采集環(huán)境、光源、采集硬件、采集軟件、顏色重現(xiàn)和圖像存儲(chǔ)等方面。（2）舌圖像預(yù)處理 舌圖像的預(yù)處理主要包括通用的彩色圖像處理算法，例如RGB 顏色調(diào)整、亮度及對(duì)比度調(diào)整、色調(diào)及飽和度調(diào)整、顏色位數(shù)轉(zhuǎn)換、旋轉(zhuǎn)和縮放等幾

41、何變換、亞采樣、特效（包括模糊、濾波、圖像平滑、銳化和邊緣增強(qiáng)等）等。經(jīng)過這些處理，可以完成舌圖像的顏色調(diào)整、幾何校正、去噪和濾波等功能。10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（3）舌圖像色彩校正 由于舌象采集設(shè)備得到的舌圖像，可能出現(xiàn)舌體顏色相比存在一定失真，經(jīng)過圖像預(yù)處理，還無(wú)法滿足舌象采集對(duì)顏色精度的要求。因此，舌象的彩色校正和顏色重現(xiàn)是非常必要的。目前，顏色校正和彩色重現(xiàn)的方法有許多，比如：矩陣法、三維查找表法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、有限維反射模型法等常規(guī)的顏色校正方法。還有針對(duì)性強(qiáng)的多項(xiàng)式回歸的顏色校正方法、支撐向量機(jī)的回歸顏色校正方法、偏最小二乘回歸的顏色校正方法、基于ICC標(biāo)準(zhǔn)的顏色校正方法、基于

42、有限維模型的顏色校正方法等。10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（4）舌圖像邊緣檢測(cè) 圖像邊緣檢測(cè)是圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分析和理解的首先就是邊緣檢測(cè)。邊緣檢測(cè)就是要減少不必要的處理數(shù)據(jù)，得到關(guān)于邊界有用的結(jié)構(gòu)信息，很多圖像處理和識(shí)別算法都以邊緣檢測(cè)為重要基礎(chǔ)。邊緣主要存在于圖像目標(biāo)與目標(biāo)、目標(biāo)與背景、區(qū)域與區(qū)域(包括不同色彩)之間，是圖像分割、特征提取等圖像分析的重要基礎(chǔ)。 10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（5）舌圖像分割舌圖像分割是計(jì)算機(jī)輔助舌診的一個(gè)關(guān)鍵步驟，是后續(xù)特征提取、舌病診斷的前提和基礎(chǔ)。舌圖像為彩色圖像，背景主要有色標(biāo)、人臉、唇、齒、咽等組織器官，有時(shí)部分邊緣還伴有陰影。 10

43、.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（6）舌體的提取近年來(lái)，致力于舌體提取研究成功方法有許多，比如：基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和HIS模型的彩色圖像分割方法；基于邊緣檢測(cè)的方法進(jìn)行舌象提??；綜合半自動(dòng)分割方法、梯度插值、最小二乘曲線擬合等得到分割結(jié)果；利用YCbCr空間的色度、飽和度信息、2D Gabord小波系數(shù)能量分布特征實(shí)現(xiàn)了舌體從原始圖中的分離；基于亮度信息和形態(tài)特征的舌圖像自動(dòng)分割方法；基于先驗(yàn)知識(shí)的舌體分割方法；在HSV色度空間中用Snake模型，使得曲線收斂到舌體邊緣，并結(jié)合動(dòng)態(tài)輪廓模型提取舌體；用極性邊緣檢測(cè)與動(dòng)態(tài)輪廓模型相結(jié)合分割舌象；舌體邊緣檢測(cè)和梯度矢量流動(dòng)態(tài)輪廓線相結(jié)合的全自動(dòng)舌體分割方法；

44、基于RGB空間的直方圖統(tǒng)計(jì)信息的自動(dòng)閾值選取算法；用分水嶺變換與動(dòng)態(tài)輪廓模型結(jié)合提取舌象的方法；基于雙橢圓可交模型與雙橢圓動(dòng)態(tài)輪廓模型相結(jié)合的舌體自動(dòng)提取方法；基于超光譜圖像的舌體分割算法；用超光譜圖像和支持向量機(jī)提取舌體等等。10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（7）舌質(zhì)與舌苔的分離舌象包括舌質(zhì)和舌苔兩部分，舌質(zhì)和舌苔的分離目的是為了進(jìn)一步進(jìn)行顏色、紋理分析。經(jīng)過對(duì)舌質(zhì)、舌苔特征分析發(fā)現(xiàn)，舌質(zhì)、舌苔在圖像特征區(qū)別最大的是顏色，舌色以紅色為主，在視覺表現(xiàn)上舌色主要表現(xiàn)為淡白、淡紅、紅絳(深紅)、青紫四種顏色，苔色則主要表現(xiàn)為自色、黃色、灰色和黑色等顏色。因此，舌色與苔色分別具有不同的顏色屬性和量值范

45、圍，這為顏色區(qū)域劃分來(lái)判斷區(qū)分舌質(zhì)和舌苔提供了重要依據(jù)，也是舌診定性和定量化研究的重要依據(jù)。10.3.1 中醫(yī)舌診圖像分析（8）舌診特征信息定性和定量分析 傳統(tǒng)中醫(yī)望舌是以肉眼觀察為主，正確程度往往受限于醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時(shí)的環(huán)境因素，缺乏統(tǒng)一的客觀標(biāo)準(zhǔn)，難以達(dá)到研究上的可重復(fù)性，也可能因各種因素而造成對(duì)舌象的判斷失誤，制約了舌診科研、教學(xué)、臨床的發(fā)展和交流。定量化研究為舌診提供一個(gè)客觀的依據(jù)，對(duì)促進(jìn)中醫(yī)現(xiàn)代化進(jìn)程具有重要意義。舌診定量分析研究可從以下方面著手：幾何特征分析，顏色特征分析，紋理特征分析，直方圖特征分析，其他特征分析等。舌診定性和定量分析有時(shí)也稱為舌診模式識(shí)別。10.3.1 中醫(yī)舌診

46、圖像分析10.3.2 中醫(yī)膚色圖像分析在望診中，望面色是其中重要內(nèi)容。中醫(yī)膚色圖像分析在中醫(yī)客觀化診斷中起到非常重要作用。10.3.2 中醫(yī)膚色圖像分析1. 中醫(yī)膚色研究簡(jiǎn)介在彩色空間中，皮膚顏色的分布相對(duì)集中，可較好地區(qū)分其他景物顏色，可以用模型描述或?qū)颖具M(jìn)行學(xué)習(xí)的方法加以判別。在圖像膚色檢測(cè)中側(cè)重考慮色度信息，就可以減少光照的影響，使膚色的分布更趨集中，達(dá)到膚色識(shí)別效果。中醫(yī)膚色研究一個(gè)重要應(yīng)用在于望診中的基于膚色模型的人臉檢測(cè)，如田巍等的基于HSV色彩空間的自適應(yīng)膚色檢測(cè)，毛紅朝等的面向中醫(yī)面診的診斷信息提取關(guān)鍵算法研究與實(shí)現(xiàn)和面向中醫(yī)望診的人臉圖像配準(zhǔn)，楊大生等的面向中醫(yī)望診的人臉多特征點(diǎn)定位等。10.3.2 中醫(yī)膚色圖像分析2. 中醫(yī)膚色圖像分析技術(shù)中醫(yī)膚色研究一個(gè)重要應(yīng)用在于望診中的基于膚色模型的人臉檢測(cè)，而中醫(yī)膚色圖像分析技術(shù)主要體現(xiàn)在膚色分割和膚色模型的建立。10.3.2 中醫(yī)膚色圖像分析（1）膚色分割膚色是人臉面部最為顯著的特征之一，在人臉檢測(cè)和識(shí)別等研究