医学图像处理第1章医学图像处理绪论15 本章课件.pptx

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,医学图像处理,MedicalImageProcessing,课程简介,医学图像处理是一门综合了数学、计算机科学、医学影像学等多个学科的交叉科学。

是利用数学的方法和计算机这一现代化的信息处理工具，对由不同的医学影像设备产生的图像按照实际需要进行处理和加工的技术。

医学图像处理的地位,现代医学（影像）设备一般都配有图像工作站，这些工作站具有丰富的图像处理与分析功能，作为生物医学工程或相关专业的学生应该了解图像处理的相关内容；理解和掌握医学图像处理的相关内容，对于充分开发和利用医学影像设备的功能为临床服务至关重要；理解和掌握医学图像处理的相关内容，也可以为开发出高性能的图像处理软件奠定基础;医学图像处理是生物医学工程专业的核心课程。

教学目的,

（1）通过课程的学习，使学生掌握医学图像处理的基本概念、基本原理，并在此基础上掌握医学图像处理的整体结构框架。

（2）通过医学图像处理的学习，使学生掌握医学图像处理的基本方法，逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力。

学时安排及考试方式,48学时：

30理论，18实验平时成绩（20%）：

根据实验、考勤等情况而定。

期末考试（80%）：

闭卷笔试，以教师讲授的内容为主要考试内容范围。

教材及参考书,第一章绪论,医学影像技术（医学图像）的发展医学图像处理技术及其应用本课程的主要内容,医生在对患者进行诊疗的过程中，首先是要取得足够的患者状态的信息，如体温、血压、心电图、化验等。

从信息量的角度来看图像所包含的信息要比几个数据或几条曲线含有的信息多得多。

“千字不如一画”，百闻不如一见。

随着科学技术的发展，各种医学图像应运而生，并得到迅速的发展。

第一节医学影像技术的发展,1895.11.8,，德国物理学家伦琴在调试阴极射线仪器的时候，发现了能使,胶片感光的未知射线“X”射线。

因此，获得了第一个诺贝尔物理学奖。

1.伦琴开创了人体图像的先河,一、医学图像的发展,X线图像胸部X射线图像）主动脉造影图像头部CT）电路板（e）天鹅星座环,X线成像原理,X线成像基于X线透过人体时，各种脏器与组织对X线的吸收程度不同，因而在接收端将得到不同的射线强度，射线强度的变化，记录在底片上就变成灰度的变化。

经过百年的发展，应用X线机可观察人体内部的骨骼、肺结核病变等，通过造影技术，可以观察心脏、血管及消化道等管状器官。

X线机是临床医院必备的医疗设备。

随着相关科技的发展，X线投影成像技术，一直在不断地改进和发展。

由最初单一的X线摄影发展到X线透视、X线数字减影造影X线介入治疗等多种诊断治疗方式。

在X线介入治疗基础上形成的介入放射学开创了诊断技术应用于临床治疗的先河。

除此之外，X线成像方式也发生了根本的变化，由开始的模拟成像逐步向数字成像方式发展，如CR、DR数字胃肠机等。

X线成像缺点,传统X线成像得到的是组织或器官的投影像，使厚度方面的信息叠加在一起，造成某些细节因信息重叠而丢失。

比如：

一个大小和密度相同的肿瘤或病灶，无论在体内前、中或后部，它在x光片上表现的图像是一样的。

也就是说，X线图片不能反映组织或病灶的三维空间位置。

在医疗诊断中，要准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状以及与周围生物组织之间的空间关系，仅凭医生在他头脑中进行定位是十分困难的。

20世纪70年代初，X线计算机断层成像技术（Compted,Tomography,简称CT）的出现使医学得到了重大发展。

CT,技术使图像站起来了（立体化），为医生提供了人体内部精确的结构信息.,2.CT技术与三维医学图像,将人体水平方向上的剖面划分为许多小单元（像素），然后在人体周围沿圆弧方向不断改变X光源及接收探测器的位置。

这样，每次X射线通路上都有不同的像素组合，探测器将记录响应的强度值.采用一定的数学方法，从探测器强度值反推出各个像素的密度，这就是反投影图像重建技术。

如果从上到下逐层对人体某一部位扫描，这些串起来的层片就构成了三维图像。

南非开普敦大学Cormack因其CT重建数学基础，,英国科学家Hounsfield,因其实现x线在CT中的应用,获得1979年诺贝尔医学奖。

CT技术与三维医学图像,CT优点：

能获得真正的断层图像，具有非常高的密度分辨率，可准确测量各组织的X线吸收衰减值，并通过各种计算机进行定量分析。

随着计算机技术的不断发展和断层扫描技术的不断改进，CT技术的发展日新月异，从早期的旋转/平移扫描方式到今天的多层螺旋扫描CT、双源CT的出现，诊断效果越来越好，临床应用也日趋普遍。

CT图像,3.PET技术与功能医学图像,正电子发射断层扫描成像技术（Positron,Emission,Tomography,，简称PET）是医学图像发展史中又一大重大,事件。

与CTMRI等反映人体组织解剖信息不同，PET图像能反映人体组织、器官的功能和代谢情况。

即一般医学图像反映的是人体的静止状态，PET图像反映其生病过程。

PET在研究人体生理、病理、肿瘤成因、代谢机制、药物动力学及脑科学方面都有十分重要的价值。

原理：

放射性同位素注入人体，释放的正电子与体内存在的电子发生湮灭时发射伽马射线，经检测器阵列接收，根据接收强度成像。

它反映活体靶组织在某一时刻的血流灌注、糖氨基酸核酸氧代谢或受体的分布及其活性状况，可同时给出相应的活性生理功能参数,PET,超声成像,超声可以探查出非常细微的病变组织，是在第二次世界大战期间发展起来的雷达和声纳技术的基础上，应用超声脉冲反射定位原理发展而来的，是继X线成像之后发展最迅速、应用普及最快的一种成像方法。

可以无损伤的观察到人体内部的结构和器官的动态变化。

由于超声成像安全可靠，费用低廉，所以在临床诊断和介入治疗中得到了迅速发展。

超声波成像原理,超声波成像技术可以分为两大类，即基于回波扫描的超声成像技术和基于多普勒效应的超声成像技术。

基于回波扫描的超声探测技术主要用于解剖学范畴的检测、了解器官的组织形态学方面的状况和变化。

ABMD基于多普勒效应的超声探测技术主要用于了解组织器官的功能状况和血流动力学方面的生理病理状况，如观测血流状态、心脏的运动状况和血管是否栓塞检查等方面。

超声成像,彩超图像,O,用彩色反映出血流的运动状态,红色表示朝向探头的血流，蓝色表示离开探头的血流，而湍流的程度用绿色成份的多少表示，色彩的亮度表示速率大小。

3D超声图像,近年来随着探测技术和数学处理技术的发展，在二维超声基础上进行三维重建，能够清晰显示所选区域的立体形态及动态。

磁共振成像（MRI）是利用生物体中磁性核在强磁场中受到脉冲激发，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象，再经过空间编码技术把以电磁波形式释放出的共振信号，接收转换，通过计算机重建图像，用来进行诊断的一种全新扫描技术。

因此MRI是计算机、电子技术和超导技术发展的产物。

磁共振成像,磁共振成像,1946年，美国斯坦福大学的布洛赫Bloch和哈福大学的伯塞尔Purcell因各自发现了核磁共振现象（NMR），获1952年诺贝尔物理学奖。

厄恩斯特（Ernst）因MRI中Fourier重建方法而获得1991年诺贝尔化学奖。

MRI成像的特点：

（1）无电离辐射，安全、无创。

（2）对软组织的分辨率最高，能清晰显示脑白质、脑灰质、髓鞘、肌肉、软骨、肌键、韧带等软组织。

（3）任意方向直接切层的能力，而不必变动被检查者的体位。

（4）多方位成像。

矢状位、冠状位、轴位、任意斜面。

可全面显示被检查器官或组织的结构，无观察死角。

可进行解剖结构或病变的立体显示。

（4）多参数、多序列成像。

T1,T2,密度，分子扩散.（5）除了显示形态，还能进行功能、组织化学、生物化学分析等。

MRI成像的局限性：

（1）与CT相比，空间分辨率较低。

（2）成像速度慢。

不利于危重及不合作者的检查。

MR,检查无急诊！

（3）禁忌症较多。

心脏起搏器、动脉瘤夹、心脏支架、体内其它金属植入物。

纯度较高的钛合金（4）对不含或含少量氢质子的组织结构显示不佳。

如骨骼、钙化灶在MR图像上呈低信号或无信号。

（5）MRA对小血管的显示受限。

（6）导致MR图像伪影的因素很多。

（7）设备昂贵、检查费用高。

MRI,多参数成像,头部质子密度、T2T1成像,多方位成像,功能磁共振成像fMRI,fMRI是20世纪90年代初期在MRI技术的基础上发展起来的能够反映大脑功能活动的一种MRI方法。

它是通过血流的变化间接测量大脑在受到刺激或发生病变时功能的变化。

推动了脑科学的发展。

应用领域：

神经外科术前计划系统；脑工作机制的研究重大脑部疾病发病机制的研究,PostcentralG.activationduringelectroacupuncture,1.00.50,-0.5-1.0Intensity,SII,针刺脑部fMRI,海洛因成瘾者脑部fMRI,Mammography乳腺摄影术,Benignlesion-Fibroadenoma,红外成像,结肠仿真内窥镜VE,多种成像模式,由于成像的原理和设备的不同，存在多种成像模式,（ImagingModalities,）。

描述生理形态的解剖成像模式（Anatomical,Imaging,Modaligies）,。

比如X光照相术、CT技术、MRI成像、US,成像、DSA数字减影血管造影术。

描述人体功能或代谢的功能成像模式（Functional,Imaging,Modality）。

比如PET正电子发射断层扫描成像、,SPECT单光子发射断层扫描成像、fMRI功能磁共振成像等。

4.多种成像模式,功能成像模式SPECT单光子发射断层扫描像PET正电子发射断层扫描像fMRI功能磁共振成像EEG脑电图MEG脑磁图光学内源成像,解剖成像模式X光照相术CT计算机断层扫描技术MRI磁共振成像US超声成像光纤内窥镜图像DSA数字减影血管造影术MRA磁共振血管造影术,解剖图像：

以较高的分辨率提供了脏器的解剖形态信息，但无法反映脏器的功能情况。

功能图像：

分辨率较差，但它提供的脏器功能代谢信息是解剖图像所不能替代的。

目前这两类成像设备的研究都取得了很大进展，由于成像原理不同所造成的图像信息的局限性，使得单独使用某一类图像的效果并不理想。

采用两种或多种成像技术对人体ROI成像可以获得互补的信息。

当一种成像设备所提供的信息不能满足需要时，可以采用多种模式成像。

例如，在CT上观察骨组织，而从MRI上得到软组织信息；或将来源于PET、SPECT的功能信息与来源于CT、MRI的解剖信息结合起来分析。

人脑多种模式成像,解决方法,1、硬件：

研制一种新的成像设备，虽然目前硬件上出现了CT-PET以及带融合功能的SPECT，不可能将所有需要的机器组合都实现。

2、软件：

研究新的图像处理方法。

以医学图像配准技术为基础，利用信息融合技术，将多种医学图像结合起来，充分利用不同医学图像的特点，在一幅图像上同时表达来自人体的多方面信息。

配准是图像融合的先决条件，必须先进行配准变换，才能实现准确地融合。

MRI图像与核医学图像融合在一起，使得在一幅图像上既包含组织结构的信息又包含组织功能的信息，这对于神经外科术前计划和脑科学研究中的功能定位等都有重要的作用。

今天，人体三维图像已经发展到很高的水平。

著名的可视人顶目,（VisibleHumanProject）,就是一例。

可视人计划是美国国立医学图书馆（NLM）提出的旨在获所人体解剖数据，提供医学图像可视化、数字化信息服务的项目，这个项目是建立一个数字化的图像库，其中的数据集代表一个完全的正常的成人男性和女性。

CT和MRI得,可视人计划包括尸体的冰冻切片的数字摄影图片，以及由到的数字化图像。

可视人数据集已经成为人们研究医学图像和解剖教学的重要工具。

一个彻底洞悉人体奥秘的时代为期不远了。

Thora