醫(yī)學圖形圖像處理識別技術(shù)與醫(yī)學信息.ppt

1、醫(yī)學圖形圖像處理識別技術(shù)與醫(yī)學信息分析,劉燕 E-Mail: Phone No. 87331856-811,目錄內(nèi)容,序 醫(yī)學信息學簡述 第一講 醫(yī)學信號處理概述 第二講 醫(yī)學圖形信號的采集、存儲與處理 第三講 Mathlab 與圖形信號的處理識別 第四講 醫(yī)學圖像信號的采集、存儲格式、處理方法 第五講 Mathlab 、Vtk、Mtk與醫(yī)學圖像的處理 第六講 醫(yī)學信息挖掘 第七講 用于教學的醫(yī)學圖片處理技術(shù),作業(yè),第四講 醫(yī)學圖像信號的采集、存儲格式、處理方法,醫(yī)學圖像處理概述 醫(yī)學圖像信號的采集 醫(yī)學圖像的存儲管理 數(shù)字圖像處理基本方法和主要內(nèi)容,一、醫(yī)學圖像處理概述,1. 圖像的概念 P

2、icture指與照片相似的用手工描繪的人物或景物，其中側(cè)重于手工描繪的一類“畫”。 Image指用某一技術(shù)手段被再現(xiàn)于二維面上的圖像。 Pattern指圖形、圖案、曲線。 一幅圖像可以表達為空間各個坐標點上強度的集合。用數(shù)學式可表示為：,其中,(x,y,z)是空間坐標，是波長，t是時間，f是圖像的強度(反映該像素的明暗程度)。這樣一個表達式可以代表一幅活動的、彩色的、立體圖像。,(4-1),概述_續(xù)1,對于靜止的、平面的、單色的圖像來說，上式簡化為 I=f(x,y) (4-2) 即一幅平面圖像可用二維亮度函數(shù)表示。因光是能量的一種表達，所以, 0f(x,y) (4-3) f(x,y)可以看成是

3、由兩個分量組成，一個是景物上的入射光量，另一分量是景物中被物體反射的光量，它們分別被稱為照射分量和反射分量。如果用i(x,y)表示照射分量，用r(x,y)表示反射分量，則 I=f(x,y)=i(x,y)r(x,y) (4-4) 式中： 0i(x,y) (4-5) 0r(x,y)1 (4-6) (4-6)式表示全吸收情況為0，全反射情況為1。這里i(x,y)由光源的性質(zhì)來確定，而r(x,y)則取決于景物中的物體。i(x,y)的單位用照度來度量，即lm/m2或lx。,問：根據(jù)式(4-1），請你嘗試描述CT序列片與式子中各自變量的關(guān)系。,概述_續(xù)2,2.醫(yī)學圖像分類 從圖像攜帶信息的種類的角度去分類

4、 （1）符號圖像信息 一般是用文字、符號、圖形等表示的具體的或抽象的事物。 例如文字組成的文章，可以看成是用二值圖像的形式攜帶著文章的寓意。還有電路圖等。,圖4-2 電路圖片,圖4-1文字圖片,概述_續(xù)3,（2）景物信息 這是一種給人以主觀感覺但不取決于人本身的客觀場景信息。 例如:氣象云圖給與天氣預(yù)報的信息，,概述_續(xù)4,（3）情緒信息 這是一類依賴于受信者的圖像信息，它不僅能給人以直觀感覺，而且能以其特殊的藝術(shù)內(nèi)容刺激人的感官，使受信者“觸景生情”。 例如：風景照片。,概述_續(xù)5,根據(jù)獲取醫(yī)學圖像不同的成像技術(shù)和醫(yī)學應(yīng)用的角度劃分，有以下分類： （1）超聲掃描圖像,二尖瓣粘連 胎兒發(fā)育 圖

5、4-5 超聲成像圖,概述_續(xù)6,（2）核磁共振圖像 （3）CT圖像,概述_續(xù)7,（4）PET圖像,圖4-8 正電子放射斷層成像,概述_續(xù)8,（5）X 射線圖像和DSA數(shù)字減影圖像,圖4-9 X射線成像,圖4-10 數(shù)字減影成像圖,概述_續(xù)9,（6）紅外圖像 （7）顯微鏡圖像,圖4-11 紅外線成像圖,圖4-12 顯微鏡下成像圖,概述_續(xù)10,3. 醫(yī)學圖像處理與分析的內(nèi)容 圖像處理（圖像圖像） 利用計算機對圖像進行某種運算以改善圖像的視覺效果，為圖像分析做準備。 圖像分析（圖像數(shù)據(jù)） 對圖像中感興趣的目標進行透視，以獲得客觀的信息。 （1）醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)的獲取 成像原理及技術(shù) 圖像數(shù)字化方法（計

6、算機采集）,概述_續(xù)11,（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù) 醫(yī)學圖像具有以下的特點： 模糊性和不均勻。 局部體效應(yīng)。 不確定性知識。 圖像預(yù)處理技術(shù)對圖像數(shù)據(jù)進行各種處理，以期得到最好的顯示效果。 常用的預(yù)處理技術(shù) 濾波、增強、恢復(fù)、插值以及縮放、旋轉(zhuǎn)、平移等幾何變換技術(shù)。 圖像分割的方法有：基于閾值的圖像分割、基于模糊連接度的分割、交互式的分割、基于二元特征的分割、基于活動輪廓或形變模型的分割等。,概述_續(xù)12,（3）醫(yī)學圖像的配準 醫(yī)學圖像分為兩大類：解剖圖像和功能圖像。 解剖圖象主要描述人體的生理解剖結(jié)構(gòu)，其來源包括X射線、CT、MRI及超聲等。 功能圖像主要描述人體在不同狀態(tài)下組織器官的功能活動狀

7、況，包括PET、SPECT、fMRI等。 要將不同模態(tài)的圖像提供的信息結(jié)合起來，首先要使不同圖像在空間中排列保持一致，這個過程就是圖像配準。 圖像配準的應(yīng)用 圖像引導(dǎo)的神經(jīng)外科手術(shù) 腦功能區(qū)的定位 腦結(jié)構(gòu)變化的研究。,概述_續(xù)13,（4）醫(yī)學圖像的三維可視化技術(shù) 醫(yī)學圖像的三維可視化就是利用一系列的二維切片圖像重建三維圖像模型，進行定性定量分析。 （5）虛擬內(nèi)窺鏡 利用計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)窺鏡的探查功能。 （6）DICOM標準 DICOM是醫(yī)學圖像及其相關(guān)信息的通訊標準。DICOM標準中詳細定義了影像及其相關(guān)信息的組成格式和交換方法。 利用這個標準，人們可以在影像設(shè)備上建立一個接口來完成影

8、像數(shù)據(jù)的輸入/輸出工作。此標準的建立，推動開放式與廠牌無關(guān)的醫(yī)療數(shù)位影像的傳輸與交換。促使影像儲存與傳輸系統(tǒng)PACS（Picture Archiving and Communication Systems）的發(fā)展與各種醫(yī)院信息系統(tǒng)HIS（Hospital Information Systems）的結(jié)合。,概述_續(xù)14,（7）PACS系統(tǒng) 醫(yī)學影像存儲與傳輸系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System 簡稱PACS），是使用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對醫(yī)學影像進行數(shù)字化處理的系統(tǒng)，其目標是用來代替現(xiàn)行的模擬醫(yī)學影像體系。 它主要解決醫(yī)學影像的采集和數(shù)字化，圖像

9、的存儲和管理，數(shù)字化醫(yī)學圖像的高速傳輸，圖像的數(shù)字化處理和重現(xiàn)，圖像信息與其它信息的集成五個方面的問題。 （8）圖像引導(dǎo)手術(shù) 計算機引導(dǎo)手術(shù)是集醫(yī)學、生物力學、機械學、材料學、計算機圖形學、計算機視覺、數(shù)學分析、機械力學、機器人等諸多學科為一體的新型交叉研究領(lǐng)域。,概述_續(xù)15,4. 醫(yī)學影像技術(shù)發(fā)展的簡介 醫(yī)學影像設(shè)備的發(fā)展大致分為五個階段： 第一階段：X射線與X射線機 1895年11月8日，德國物理學家倫琴在做真空管高壓放電實驗時，發(fā)現(xiàn)了X射線。 1896年德國西門子公司研制出世界上第一支X線球管 。 20世紀10-20年代陸續(xù)出現(xiàn)常規(guī)X線機、體層裝置、影像增強器、連續(xù)攝影、快速換片機、電

10、視、電影和錄像記錄系統(tǒng)。,20世紀60年代中末期形成較完整的學科體系，稱為放射診斷或放射學 成像特點：對人體軟組織的分辨能力較差,倫琴和第一張X線透視照片,概述_續(xù)16,第二階段：超聲技術(shù) 20世紀50、60年代超聲和放射性核素相繼出現(xiàn)。 1942年奧地利人達西科將超聲技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷。 1954年瑞典人應(yīng)用M型超聲顯示運動的心壁，稱為超聲心動圖。 20世紀50-70年代中期，研究者將二維B型超聲應(yīng)用于體外檢查，可實時顯示體內(nèi)相關(guān)部位結(jié)構(gòu)的切面圖，使超聲診斷有了突破性進展。至今二維B型超聲仍是超聲診斷中最基本的技術(shù)。 70年代脈沖多普勒問世，在二維圖像上可選擇部位測定血流頻譜，對心臟及血管疾

11、病診斷很有幫助。 80年代初彩色多普勒血流成像出現(xiàn)，在顯示臟器結(jié)構(gòu)切面圖的同時，顯示血管內(nèi)血流的剖面圖，并用偽彩色表示血流方向、速度及血流性質(zhì)，進一步拓展了超聲診斷的領(lǐng)域。 90年代以后，采用了高頻率、高分辨聲匹配探頭、各類腔內(nèi)探頭等技術(shù)，發(fā)展了介入治療新方法。,概述_續(xù)17,成像特點：聲波無損傷性好、對軟組織的分辨率較高，可實時觀察運動器官的活動情況。,概述_續(xù)18,概述_續(xù)19,第三階段：計算機人體斷層攝影術(shù) 1971年柯馬克和英國EMI公司的豪恩斯費爾德首次研制成功世界上第一臺CT機 。 成像特點：CT從根本上改變傳統(tǒng)X線機成像存在的平片圖像重疊、軟組織細節(jié)成像不清晰等問題。它采用點狀X

12、線束逐點穿透檢查部位，使醫(yī)生獲得高清晰度的斷層圖像，大大提高醫(yī)學影像診斷水平。,第四階段：磁共振成像 1946年Bloch教授和Puecell教授領(lǐng)導(dǎo)的小組同時獨立發(fā)現(xiàn)MR現(xiàn)象。兩人同獲1952年諾貝爾物理學獎。 1972年，勞特伯提出了用MR信號重建圖像的方法，勞特伯和達馬迪安在1973年利用磁場梯度解決了空間信息獲取的問題，獲得MR圖像并因此獲得2003年度諾貝爾物理學和醫(yī)學獎。 成像特點： 瞬時成像，通常每秒可獲取20幅圖像 可清晰觀察膽囊、肺等器官的斷層圖像 可顯示心臟的動態(tài)圖像 可進行人體組織功能方面的評價或診斷，如顱腦部的彌散成像、皮質(zhì)功能區(qū)定位等,概述_續(xù)20,磁共振血管成像：不

13、需要對比劑即可得到血管造影像，動態(tài)增強MRA明顯縮短血液成像時間，避免扭曲血管、湍流及慢血流所致的信號喪失。 FMRI技術(shù)：對人體功能進行研究和檢測的MRI技術(shù)，可檢查到形態(tài)未變但功能已改變的病變，從而達到早期診斷的目的。 磁共振成像介入：具有良好的組織對比度，可以精確地區(qū)分病灶的界面、確定目標。 MR和DSA、CR及其后推出的DR等設(shè)備進一步提高了醫(yī)學影像診治水平。,概述_續(xù)21,第五階段：正光電子成像設(shè)備 90年代GE公司推出了新的核醫(yī)學影像設(shè)備，包括全數(shù)字PETCT和SPECT等設(shè)備，見圖9-7左圖和右圖。 PETCT主要優(yōu)勢是超強的醫(yī)學影像識別與診斷能力，尤其是利用注入體內(nèi)的增強顯影劑

14、或示蹤劑，在體內(nèi)循環(huán)可以動態(tài)地、靶向目標清晰地顯示被檢部位形態(tài)和功能的異常情況（見圖9-8），甚至可以檢查出細胞級別的病變，如癌細胞治療愈后或癌細胞擴散轉(zhuǎn)移的情況診斷。,概述_續(xù)22,二、醫(yī)學圖像信號的采集,1. 醫(yī)學成像系統(tǒng)的簡介 （1）影像系統(tǒng),采集_續(xù)1,（2）醫(yī)學影像系統(tǒng)要素 源指能夠獲得醫(yī)學影像信息的物理能源。 外源：X射線源、磁場源、超聲源、電磁波、紅外線等 內(nèi)源：注入人體的同位素輻射源，人體自身的熱輻射源等。 外源和內(nèi)源都必須十分精確地控制有效劑量、衰減周期、成像時間和過程等 例如：精確把握X射線穿過人體時經(jīng)受不同的衰減，超聲在人體中反射并在傳播時產(chǎn)生不同的時間延遲等過程，或注入

15、體內(nèi)源的循環(huán)與衰減變化情況，我們可清楚地知道源與人體相互作用的部位及準確檢測出某種源與組織器官相互作用后的結(jié)果，據(jù)此來進行診斷或治療。,采集_續(xù)2,檢測器 檢測器是在體外檢測攜帶有體內(nèi)信息的信號的部件或裝置。 信號檢測器的種類、精度、靈敏度決定醫(yī)學影像成像的方式和清晰度。通常檢測器的形式與各種源的類型有對應(yīng)關(guān)系。 常用的檢測器 X射線檢測器 超聲檢測器 紅外檢測器 光電倍增檢測器等 信號檢測器主要功能評價指標 靈敏度、檢測速度、靶向性以及源劑量的強度,采集_續(xù)3,電子系統(tǒng) 電子系統(tǒng)一般是以計算機為主要處理設(shè)備的控制系統(tǒng)。電子系統(tǒng)將檢測器上獲得的信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，并通過計算機快速處理重建出精確

16、、復(fù)雜的圖像。 主要部件：計算機以及相應(yīng)的圖像處理軟件。 圖像處理軟件一般包括：去除噪聲、灰階處理、窗寬和窗位調(diào)整、對圖像的某些部分如面積、周長等進行測量等的功能。 2. 醫(yī)學影像設(shè)備簡介 X線攝影系統(tǒng) 核磁共振攝影系統(tǒng) 醫(yī)學超聲診斷系統(tǒng) 醫(yī)學圖像系統(tǒng) 紅外影像和醫(yī)用內(nèi)窺鏡,采集_續(xù)4,(1)X線攝影系統(tǒng) X線攝影系統(tǒng)泛指所有采用X線源獲取醫(yī)學影像的設(shè)備。這里包括： 常規(guī)膠片X光機 現(xiàn)今仍有70以上X線影像診斷是用“增感屏膠片”方式的常規(guī)X線攝影技術(shù)。 新X線膠片感光能力非常強，比原來膠片高出三個數(shù)量級，而對可見光極不敏感，從而完全不必在暗室中操作。 新X線膠片的敏感度高，檢查時所用X線劑量可

17、減少12個數(shù)量級。 不僅成像快、空間分辨率高，而且X線機功率小、體積小、重量輕，便于攜帶。,采集_續(xù)5,計算機成像X線機（CR） 從X射線曝光到將模擬信號影像轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化影像 CR系統(tǒng)可提供與屏片攝影相一致的分辨率 實現(xiàn)將常規(guī)X線攝影模擬信息直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息 數(shù)字化的信息經(jīng)過圖像后處理大大提高目視判讀的信息量 降低X線輻射劑量，同時圖像還可以長時間保存而不失真 避免了膠片沖洗的環(huán)境污染，不易保管等諸多問題 數(shù)字X線機（DR） 數(shù)字X線機不再采用X線膠片，而利用一種外形似X線膠片暗盒的探測器，將入射的X線能量直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 “直接X線攝影探測器”（DRD）和平板式探測器（FPD）都在接收

18、X線攝影曝光后，直接輸出數(shù)字影像信號。 DR特點：具有空間分辨率高和動態(tài)范圍大等特點；可清晰觀察對比度低于1%，直徑大于2mm的病灶；照射病人體表的X線劑量只有常規(guī)X線的1/10；量子檢出率可以達到60%以上；配合高性能計算機圖像后處理，進一步為影像診斷與治療提供保證,采集_續(xù)6,計算機斷層掃描X線機（CT） X-CT利用對人體臟器掃描時得到的X射線吸收數(shù)據(jù)來重建人體臟器斷層圖像。 X射線通過人體的臟器的斷層，探測器將射線強度轉(zhuǎn)換成電信號，圍繞人體的臟器在不同角度上進行多次測量，X-CT技術(shù)得到的是人體臟器斷層面的圖像，因此稱為斷層照相。 1995年最先推出掃描速度最快的CT機，每掃一個層面僅

19、用0.75s。提高圖像質(zhì)量，也提高工作效率。對螺旋掃描而言掃描同樣的覆蓋長度可節(jié)省四分之一到五分之一的時間，或者同樣的時間可以使掃描覆蓋長度增加2533%。 縮短圖像重建的時間。有的CT產(chǎn)品采用了新的圖像重建技術(shù)，分別使重建時間達到1s，從而加快了掃描周期。有些高檔CT均有了連續(xù)成像或稱透視的功能，每秒鐘可以顯示68幅圖像。,采集_續(xù)7,CT透視對開展介人放射學非常重要，可減少掃描層數(shù)、降低病人的X線曝射劑量。有的產(chǎn)品僅用15mA劑量進行掃描即可得到512x512矩陣的影像。目前正在進一步研究用10mA的X線曝射劑量進行CT透視技術(shù) 在圖像質(zhì)量方面，高檔的低壓環(huán)螺旋CT機的空間分辨率已達201

20、pcm，低對比度分辨率也很高，大大提高了軟組織辨別能力。 新一代的CT被稱作電子束CT。由電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)偏轉(zhuǎn)線圈控制電子束方向，打在一組半圓形的靶環(huán)上產(chǎn)生出X射線。當X線通過人體后，由對側(cè)排列的探測器組接收。因無機械運動，掃描速度可高達50ms/層，其成像速度比普通CT快2040倍，可提供心臟等活動器官非常清晰的影像。 X-CT已用來診斷脊柱和頭部損傷、顱內(nèi)腫瘤、腦中血凝塊、肌體軟組織損傷、胃腸疾病、腰、骨盆惡性病變及心臟病早防早治等。,采集_續(xù)8,數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)（DSA） DSA是放射科各類血管造影及介入治療的專用設(shè)備，可得到除去骨骼、軟組織影像的純血管影像，從而更精確診斷血管疾

21、病和用于介入治療。 DSA特點：能夠?qū)崟r成像，每個曝光序列終止即得到減影圖像；密度分辨率高，可使1mm直徑的小血管和3mm直徑腫瘤染色。此外，DSA造影劑用量少，管處理功能強，能突出微小密度差，而且膠片用量少。 DSA應(yīng)用：開展心腦血管、神經(jīng)、呼吸、消化、骨骼、泌尿、婦科等涉及臨床各科各系統(tǒng)疾病檢查與治療的高難度技術(shù)項目，如腫瘤介入治療和心臟大血管介入治療等。在冠狀動脈造影術(shù)、冠脈內(nèi)支架直接置入術(shù)、全腦治療造影術(shù)、管狹窄擴張以及良惡性腫瘤的灌注栓塞治療中發(fā)揮重要作用。,采集_續(xù)9,(2)核磁共振攝影系統(tǒng) 20世紀80年代應(yīng)用于臨床醫(yī)學。由強磁場與人體成像部位機體組織的原子核相互作用，產(chǎn)生共振，

22、改變所在位置的磁場強度而生成圖像。既減少CT機對人體組織細胞的損害，又可測出機體病變前的微小生理變化。 (3)醫(yī)學超聲診斷系統(tǒng) 20世紀60年代應(yīng)用于臨床診斷，有A型、M型、B型和C型聲診斷儀 ，可觀察人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和腫瘤，也可檢查臟器、胎兒等的正常與否。 超聲診斷的工作原理是應(yīng)用超聲波的良好指向性和與光相似的反射、折射、衰減等物理特性，采用各種掃描方法，將超聲波發(fā)射到體內(nèi)并在組織中傳布。當病理組織的聲抗與正常組織有差異時，將此回聲信號構(gòu)成一幅二維切面聲像圖。 由于各組織的界面形態(tài)、運動狀態(tài)和對超聲吸收程度不同，其回聲有一定特性，結(jié)合生理、病理與臨床知識和一系列人體切面聲像圖，可對病變的部位、性

23、質(zhì)或功能障礙程度作出準確診斷。,采集_續(xù)10,彩色多普勒超聲顯像儀是是在B超的基礎(chǔ)上增加了多普勒血液成像技術(shù)的影像檢查方法，配有高、中、低三種頻率探頭，檢查時探頭通過耦合劑與皮膚接觸，掃描結(jié)果在監(jiān)視器上形成二維切面聲像圖，并以彩色照片形式保存結(jié)果。 用來開展心臟、大血管、大腦動脈、肝、脾、腎、子宮、附件、前列腺、睪丸等器官檢查。對以上器官的血流情況、結(jié)石、包塊大小、質(zhì)地、邊界測值準確，同時還能配合臨床開展介入檢查和治療。 (4)其他醫(yī)學圖像系統(tǒng) 核醫(yī)學成像技術(shù)：一種以臟器內(nèi)外正常組織與病變組織之間的放射性差別為基礎(chǔ)的臟器或病變的顯像方法。 有選擇地讓人體攝入某種放射性物質(zhì)（示蹤劑） 這些物質(zhì)聚

24、集在人體某個臟器中或參與體內(nèi)某種代謝過程 體內(nèi)的放射性核素能夠放出射線 對體內(nèi)的放射性核素的濃度分布和代謝過程進行拍攝成像,采集_續(xù)11,它與X-CT的不同之處是X-CT的射線源在成像體的外部，而核醫(yī)學成像的射線源在成像體的內(nèi)部。 核醫(yī)學成像技術(shù)不僅可得到人體臟器的解剖圖像，還可得到生理，生化，病理過程及功能圖像 經(jīng)過數(shù)學算法在計算機內(nèi)甚至可以重建體內(nèi)放射元素密度分布的三維“透明人體”圖像 核醫(yī)學成像設(shè)備主要有： 照相機 發(fā)射型計算機斷層(Emission Computrd Tomography，ECT) 單光子發(fā)射型計算機體層(Single Photon Emission Computed.

25、 Tomography，SPECT) 正電子發(fā)射型計算機體層（Positron Emission Tomography，PET）。,核醫(yī)學成像設(shè)備_續(xù),1、照相機 既是顯像設(shè)備，又是一種無創(chuàng)傷性的功能檢測與診斷設(shè)備。 通過連續(xù)的顯像，跟蹤和記錄放射性藥物（示蹤劑）通過時某臟器的形態(tài)和功能，可以進行動態(tài)觀察研究。 檢查時間較短，檢查簡便安全，便于多體位、多部位觀察，特別適合兒童和危重病人的臨床醫(yī)學影像檢查。 常用于對人體臟器進行靜感式動態(tài)照相，如：心血管疾病的檢查。 2發(fā)射型計算機斷層(ECT) 繼照相機之后核素顯影儀器又一重大發(fā)展。 基本原理：在體外從多角度采集體內(nèi)某臟器放射性示蹤劑分布的二維

26、影像，而后經(jīng)過計算機數(shù)據(jù)處理重建和顯示臟器的三維圖像。 ECT可獲得臟器的各種不同切面或角度的剖面影像，不僅可以準確定位病變部位，還能進行臟器組織功能的檢查，精確分析生理、生化、代謝指標的改變。,核醫(yī)學成像設(shè)備_續(xù),3單光子發(fā)射型計算機體層(SPECT) SPECT有兩種類型，多探頭型和照相機型。 多探頭型SPECT的探頭由多個小型閃爍探測器組成。 照相機型SPECT是由高性能、大視野、多功能的照相機和支架旋轉(zhuǎn)裝置，及圖像分析處理、三維圖像重建軟件等軟件組成，可進行多角度、多方位人體器官探查。 由于SPECT具有照相機的全部功能，還有新近開發(fā)出來的多種放射性示蹤劑藥物，因此在動態(tài)器官功能檢查或

27、早期疾病診斷方面具有獨到之處。 4正電子發(fā)射型計算機體層（PET） PET不僅克服了平面顯影的缺點，而且大大促進了核醫(yī)學影像學的發(fā)展，被認為是核醫(yī)學發(fā)展的重要里程碑。 PET可以用人體物質(zhì)組成元素來制造放射性藥物，特別適合進行人體器官功能和生理變化等方面的觀察與研究，尤其是對腦神經(jīng)功能的研究具有獨到之處。 PET圖像非常清晰，被稱為“生命體層”或“生化體層”。它也是目前唯一能夠提供神經(jīng)活動信息的醫(yī)學影像設(shè)備。,采集_續(xù)12,(5)紅外影像和醫(yī)用內(nèi)窺鏡 20世紀60年代激光新技術(shù)的發(fā)明是20世紀的重大科技成就之一。激光的高方向性、高亮度性、高單色性及高相干性、生物學效應(yīng)已廣發(fā)應(yīng)用于醫(yī)學。醫(yī)學激光

28、器常用于手術(shù)切割、組織燒灼、凝結(jié)止血、光針穴位照射、激光血細胞計數(shù)、激光顯微光譜分析、激光全息照相診斷和激光多普勒血流測速等?！凹す忉t(yī)學”已成為醫(yī)學重要的分支學科。,采集_續(xù)13,3. 圖像采集和取樣 (1) 圖像采集和量化過程 一幅灰度連續(xù)變化的圖像通過專門的裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像的過程稱為采樣。 (2) 圖像表示 一幅靜止的單色的二維圖像經(jīng)采樣后，可表示為： G=f（xi，yi） （i=1,2,;j=1,2, ） 其中，坐標（xi，yi）決定了像素的空間位置，G代表該像素的明暗程度，稱為灰度（gray level） 。 (3) 空間和灰度分辨率 (4) 采樣奈奎斯特定律,（1）采樣和量化過程（

29、1）,采樣量化,（1）采樣和量化過程（2）,采樣量化,（3）采樣和量化過程（3）,采樣量化,（2） 圖像表示,采樣量化,像素：矩陣中的一個元素。 灰度分辨率：灰度2k灰度級，k比特。通常以灰度級別的bit數(shù)來表示該圖像的明暗（灰度級）分辨率，例如： 8bit代表2的8次方=256級灰度； 6bit代表2的6次方=64級灰度等 空間分辨率：通常以數(shù)字圖像的像素數(shù) M*N來表示該圖像的空間分辨率。 空間分辨率和明暗分辨率是表征一幅數(shù)字圖像質(zhì)量的重要指標之一。,（3）例如,采樣量化,圖4-16 圖像矩陣圖示,圖4-15簡單的灰度圖像,例如一幅簡單的灰度圖像，如下圖所示，中心明亮部分灰度級為256，外

30、環(huán)最暗，灰度值為0。經(jīng)過計算機離散化后，可以描述為一個16行16列二維矩陣，即空間分辨率：1616。明暗分辨率：8bit=256級灰度,（3）空間和灰度分辨率（1）,采樣量化,（3）空間和灰度分辨率（2）,采樣量化,（3）空間和灰度分辨率（3）,采樣量化,（4）空間采樣奈奎斯特定律,采樣量化,x0 xc y0yc 即采樣頻率不小于2倍最高頻率采樣可以完全恢復(fù)圖像。 現(xiàn)實大部分情況不滿足。 一般先用濾波器低通然后采樣，誤差較原始混疊更能控制。,三、醫(yī)學圖像的存儲管理,1. 圖像的格式 醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)是以位圖文件形式保存在計算機中，常以位圖表示。 位圖亦稱為點陣圖，是由單個像素點按行列有序排列組成的

31、。這些像素點具有排列位置和灰度大小兩種屬性。 一幅二維的醫(yī)學圖影像是由M行*N列像素點構(gòu)成，其中，每個像素點用812個二進制數(shù)表示，即每個像素可保存2564096種灰度值。 點陣圖可以保存的文件類型很多，如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg等。同樣的圖形保存成以上文件時字節(jié)數(shù)差別很大。 .jpg文件只有同樣.bmp格式文件大小的1/10到1/35。 2.醫(yī)學圖像的存儲管理方式 在HIS系統(tǒng)中，通常以基本信息數(shù)據(jù)庫指向指定文件夾內(nèi)指定文件的方式來存儲病人的圖像資料。即記錄-文件路徑。,四、數(shù)字圖像處理基本方法和主要內(nèi)容的介紹,1. 數(shù)字圖像處理方法 數(shù)字圖像處理的方法可分為兩大類，即

32、：空域法和變換域法。 （1）空域法 這種方法是把圖像看作平面中各個像素組成的集合，然后直接對這一二維函數(shù)進行相應(yīng)的處理?？沼蛱幚矸ㄖ饕邢旅鎯纱箢悾?鄰域處理法其中包括：梯度運算、拉普拉斯算子運算、平滑算子運算和卷積云算。 點處理法灰度處理、面積、周長、體積、重心運算等。 （2）變換域法 這種方法是首先對圖像進行正交變換，得到變換域系數(shù)陣列，然后再施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結(jié)果。這類處理包括：濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等。,主要內(nèi)容_續(xù)1,2.數(shù)字圖像處理的內(nèi)容 幾何處理 坐標變換，圖像放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動，多個圖像配準，全景畸變校正，扭曲校正，周長、面積、體積等計算。 算

33、術(shù)處理 對像素點施以等運算。 圖像增強 直方圖增強、偽彩色增強、灰度窗口技術(shù)等 。 圖像復(fù)原 維納濾波、逆濾波、同態(tài)濾波等。 圖像重建 圖像重建的主要算法：代數(shù)法、迭代法、傅立葉反投影法、卷積反投影法等 三維圖形的主要算法有：線框法、表面法、實體法、彩色分域法等。 圖像編碼 第一代編碼法有：PCM、DPCM、M、亞取樣編碼法； 第一代編碼法有：金字塔編碼法、Fractal編碼、基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)編碼法、小波變換編碼法、模型基編碼法等。 模式識別 統(tǒng)計識別法，句法結(jié)構(gòu)模式識別法，模糊識別法。 圖像理解 輸入圖像，輸出一種描述。,1）按研究對象（1）,（1）灰度圖象,（2）二值圖象,（3）彩色及多光譜圖象,（4）圖象序列分析,（5）雙目圖象分析,灰度和色彩,1）按研究對象（2