医学图像后管理组织技术.ppt

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1、第10章 医学图像后处理技术,图像的调用 在查询对话框中，多种条件中进行组合查询,10.1.1 图像的调用与观察,查询条件设置完成后，选择“查询”按钮，在屏幕上会显示所有满足条件的患者影像信息，此时还可以分别依据详细资料与大图标两种方式进行查看， 然后用鼠标选择欲处理的患者影像，双击鼠标即可进入图像后处理软件界面以进行下一步的后处理操作。,2.图像查看方式 选择屏幕上方或者左侧工具栏上“页版式”命令设置图像查看方式，即在屏幕上显示不同数量的连续CT影像。,选择屏幕上方工具栏中的“全屏”命令将某幅感兴趣的CT图像在整个屏幕上， 选择菜单上的“信息”命令以去掉图像上的文字信息利于更好的观察图像,3

2、. 图像的定位线标识 选择屏幕上方工具栏中的“定位线”命令可以将人体组织与器官的平片图像与横截面图像有机结合进行观察。 图像的定位线标识功能可以使临床医生能够直观地获得每一幅图像的空间扫描位置。,几何变换包括缩放、旋转、镜像、平移、定位、裁剪等功能。 图像的放大与缩小 放大功能用于局部细致观察病变的形态结构，通常病变太小，肉眼可能难以分辨出来 缩小功能主要用于要观察病变整体形态,10.1.2图像的几何变换,2. 图像的旋转 图像的旋转功能是指为符合医生的常规观察习惯而对图像进行的角度变换 通过屏幕左侧工具栏的左旋、右旋与翻转命令对图像做向左或向右不同角度的旋转。,原始图像 图像旋转 图像翻转,

3、1. 图像平滑 图像在采样与传输过程中，由于传输信道、采样系统质量较差，或受各种干扰的影响，而造成图像毛糙，此时可以对图像进行平滑处理。 图像平滑处理也称为图像均匀处理，处理的原则是通过混合选区中像素的亮度来减少图像的杂色，即搜索像素选区的半径范围以查找亮度相近的像素，扔掉与相邻像素差异太大的像素，并用搜索到的像素的中间亮度值替换中心像素,10.1.3 调整图像显示效果,图像平滑处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“均匀”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像平滑效果。,2. 图像锐化 图像经转换或传输后，质量可

4、能下降，难免有些模糊。可以对图像进行锐化，加强图像轮廓，降低模糊度，使图像清晰。 锐化的原则是按指定的阈值查找值不同于周围像素的像素，并增加像素之间的对比度。因此，经过图像锐化处理后，较浅的像素变得更亮，较暗的像素变得更暗，,图像锐化处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“锐化”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像锐化效果。,3. 浮雕效果 图像后处理过程中，还可以通过调节浮雕效果以满足对图像轮廓与边界的特殊观察 选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“浮雕”滤镜，并可以通过对强度

5、的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像浮雕效果。,4. 图像的负片 图像的负片是经曝光和显影加工后得到的影像，其明暗与被摄体相反。负片需经印放在照片上才还原为正片。在X光成像中，影像的明暗常与透过光的多少有关，透过多的则黑，少的则白。通常在冲洗后的X光片上显示的黑白图象称为正片，而在透视上图象的黑白度将与X光照片相反，叫负片。负片适用于观察肺内的血管或者小的高密度病灶等结构。,选择需要进行反相处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“反白”按钮，就可以对反相后的图像效果进行观察。,5. 图像增强 利用图像增强技术可以有效地突出图像的细节，改善图像的视觉效果，方便特征的提取。目前图

6、像增强技术主要应用在X射线图片和CT影像等的处理。图像边缘增强的原则是：将选择好的图像感兴趣区域或边缘的像素值重新计算，得出一个新像素值，它所表示的灰度值与原像素值有明显的差异，如果像素的灰度显示为白（或亮），那么，新像素的灰度则显示为更白。反之，如果原像素的灰度值显示为黑（或暗），那么，新像素的灰度则显示为更黑。,图像增强的作用是把人眼难以辨认的区域或轮廓增强，使其能清晰的显示毗邻的解剖关系或细微的组织结构，有利于发现细微病变。,6. 伪彩色处理 伪彩色技术是对原图进行预处理，识别出属于不同性质的区域并赋予不同的色彩。伪彩色技术的原理是由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力强，因

7、此把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率。从灰度图像生成一幅彩色图像可以仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我们会想到蓝色（冷色调），当温度较高的时候，会想到红色（暖色调）。可以根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射为蓝色、亮度高的影射为红色进行伪彩色处理。,在图像后处理软件中，实现伪彩色的操作方法是选择需要进行处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“伪彩”按钮，在弹出的“动态影射”对话框中使用调色板与颜色掩码进行设置与观察,伪彩色技术不仅应用于CT图像，还可以应用于X光片、MRI、PET等诸多种类医学图像后处理技术中。如图，显示的是头部MRI伪彩色图像，其中a图显示的是头

8、部MRI-T2WI像，b图与c图分别将不同的头部结构用不同的色彩表示，使结构观察更加清晰。,a,c,b,胸部X光片伪彩色图像，其中a图显示的是胸部原始图像，b图与c图为伪彩色图，增大了不同的结构间对比度，有利于观察与诊断。,胸部CT片伪彩色图像，其中a图为CT原始图像，b图为骨骼伪彩色增强图像，c图为软组织伪彩色增强图像，d图为肺组织伪彩色增强图像，e图为最终图像。,a,c,b,d,e,调窗技术的应用 在X射线检查中，以胸部X平片为例。如果感兴趣区在肺部，可缩小窗宽，调整窗位使肺纹理结构与肺野有良好的对比度，细节显示清晰。此时纵隔结构、心影重叠结构因亮度过高而细节显示不良。反之，如感兴趣区位于

9、肋骨、胸椎，则可适当增大窗宽，连续调整窗位，使感兴趣部位的细节显示良好。 在CT检查中，窗宽是CT图像上显示的CT值范围。通常在CT值范围内的组织和病变均以不同的灰度显示，CT值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，无灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，无灰度差别。增大窗宽，则图像所示CT值范围加大，显示具有不同密度的组织结构增多，但各结构之间的灰度差别减少。减小窗宽，则显示具有不同密度的组织结构减少，然而各结构之间的灰度差别增加。,10.1.4窗宽与窗位,2. 调窗技术的操作方法 在图像后处理软件中，调节窗宽与窗位方法包括如下两种： （

10、1）选择需进行调窗处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中“窗”按钮，在弹出的脑窗、肺窗、骨窗、纵隔窗、软组织窗中进行选择。 （2）选择屏幕上方工具栏中“调窗”按钮，并使用鼠标在图像上拖动直接进行调窗操作。,图像测量主要目的是从图像中提取出对临床诊疗有用的定量信息。在二维图像中，可以测量距离、面积、角度并统计密度分布，如均值、方差和中值等信息；在三维图像模型中，可以测量两点间距离、曲线长度、角度、表面积和体积等信息。 图像测量的方法是：选择图像后处理软件菜单栏上“标识/测量”命令，屏幕左侧工具栏变成图像标识与测量的相关选项。,10.1.5 图像测量,1. 长度与角度测量 选择测量起点，移动鼠

11、标至测量终点，再次单击，在屏幕上显示测量结果。 长度测量用于病变大小，深度等的测定。同样方法可以对角度进行测量，在屏幕上显示测得的角度值，角度测量通常用于病变与周围组织的关系测定和确定手术方案，如图的是对头部CT的长度与角度的测量结果。,在影像后处理工作站中，还可引入骨科模板，帮助医生进行手术计划。如在髋关节手术规划中通过测量长度，角度，放入模拟钢针并且可以计算钢针大小，形态，放置位置等重要手术参数,2. 周长与面积测量 病灶区的周长和面积同样具有诊断价值。在图像后处理软件中选择“测量周长及面积”按钮后，在被捕获图像上测量起点按下鼠标左键圈出欲测量周长及面积的区域，移动鼠标至测量终点，松开按下

12、的鼠标左键，在程序提示条中即可显示被测区域的周长及面积，如图，在心脏彩超中，周长与面积的测量常用于判断器官的狭窄扩张，血液反流面积等病变。,3. 宽度与容积测量 宽度测量主要用于对心肌缺血，心肌梗塞的诊断。如左图，显示的是冠脉血管造影图像中对血管狭窄程度的测量，通过测量冠状动脉宽度，判断有无动脉狭窄导致缺血改变。容积测量常用于心脏分析功能，如右图，通过测量不同时间的心腔容积，计算出心腔体积变化，判断心脏射血的能力。,4. 平均密度值测量 平均密度值测量主要应用在CT图像诊断，单位使用CT值（HU），表示的是测量面积内的平均密度值。通常CT图像与X光图像都可以用不同的灰度来表示密度高低，吸收X光

13、多的人体器官和组织密度高，图像呈白色，反之则呈黑色。图像的黑白度反映的是器官和组织对X线的吸收程度，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。平均密度测量在确定病变性质，组织类型等诊断中起着非常重要的作用。,左图显示在头部CT测量中，测得头部的距形面积及平均密度值为：面积Ar为5009，平均密度值为31HU，SD密度均方差为8.3；右图显示测得头部的不规则形状面积及平均密度值是：面积Ar为4283，平均密度值为32HU，SD密度均方差为7.3。,二维重建技术主要应用于多层螺旋CT设备，是图像后处理功能中最常用的方法。二维重建技术实现的方法是：在横断面CT图像上

14、按要求任意划线，然后沿该划线将横断面上的二维体积层面重组，即可获得该划线平面的二维重建图像。其中螺旋扫描时的层厚和螺距对多层面图像重建的图像质量有明显的影响，层厚越薄，重建图像越清晰；层厚和螺距选择不当，较易造成阶梯状伪影。 二维重建技术主要包括多平面重建（multiple planar reformatting，MPR）、曲面重建技术（curved planar reformations，CPR）与计算容积重建（calculate volume reformatting，CVR）三种。,10.1.6 医学影像二维重建技术,1. 多平面重建（MPR） 多平面重建（MPR）是通过原始的横轴位图像

15、（薄层）的容积采集获取数据，经计算机后处理后获得人体组织器官任意的冠状、矢状、横轴、和斜面的图像。 如MPR重建图像所示，4张图片为是胸腹部各个方位的MPR重建图象，,上面2张图片为胸腹部冠状位软组织窗CT重建MPR图，下方左图是矢状位软组织窗CT重建MPR图，下方右图是斜位骨窗CT重建MPR。这样可以从多个角度观察病变的形态，位置及妣邻关系。,2. 曲面重建技术 曲面重建技术（CPR）是MPR的一种特殊方法，适合人体一些曲面结构器官的显示。CPR与MPR的区别在于一个是表面平整的平面图，一个是表面不规则的平面图。,如图，左图上的虚线是主动脉曲面重建的兴趣区，右图显示的血管即是沿虚线重建出来的

16、血管形态。,3. 计算容积重建（CVR） 计算容积重建（CVR）是MPR的另一种特殊方式。它是通过适当增加冠状、矢状、横轴面和斜面图像的层厚，以求能够较完整地显示与该平面平行的组织器官结构的形态，如：血管、支气管等，同时也可以增加图像的信噪比。,10.2医学影像三维可视化,医学图像的三维可视化是指利用一系列的二维切片图像重建三维图像模型并进行定性、定量的分析，为医生提供器官和组织的三维结构信息和分析工具并辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性与准确的定量分析，提高医疗诊断的准确性和正确性。,四个步骤： 数据获取，通过医学成像设备（CT、MRI、超声等）对人体进行扫描而得到一组二维断层图像；

17、 可视化预处理，将某些断层图像中的噪声进行滤波以提高信噪比。对三维体数据中包含的不同对象进行选择，并实施缩放、平移、旋转、删除、改变其物理属性（颜色、透明度、发射系数等）、剖切等操作，其中对数据正确的分类与分割是对病变体或器官做定性与定量分析的基础，也为后续的可视化做必要的数据整理与准备工作； 三维建模过程，完成将三维体数据变为几何数据（物体表面的几何描述）的功能； 绘制过程，一种是面绘制，采用计算机图形显示算法对三维模型重建出的物体表面进行显示；另一种是直接对三维体数据进行显示，称为直接体绘制。,10.2.1 三维重建的过程,表面重建又称为表面阴影遮盖成像（shaded surface di

18、splay，SSD）。最早应用于骨3D成像，目前广泛用于各部位的血管成像及气道成像。SSD成像方法是设定上、下限的CT阈值并舍去阈值外结构，只对阈值内的结构进行成像。通过对CT阈值的选择，可使肺或气管、支气管成像，而高于气管密度的纵隔大血管及胸壁其它组织不显影，也可选择不同的CT阈值显示血管解剖结构。其中，设定阈值的大小对重建的效果起重要作用，阈值过大，图像偏白，看不清表面轮廓和颅内的脑组织；阈值过小，图像表面就会有“破孔”现象产生。,10.2.2 三维表面重建,表面重建（SSD）可以显示器官的立体形态，并可通过旋转进行各方位观察，解剖关系清楚，有利于病灶的定位及显示复杂的结构。 表面重建（S

19、SD）技术的优点是计算简单、速度快。 缺点包含三类： 与阈值范围有关，由于SSD对CT阈值的变化非常敏感，不适当的阈值选择可能损失相关解剖结构，或过高估计病变造成假象； 与层厚有关，可能由于部分容积效应和边缘效应导致误差； 由于采集数据期间的运动所致，如病人屏气不佳或器官搏动造成伪影。,1. 遮盖容积重建（SVR） 遮盖容积重建（Shaded Volume Rendering，SVR）将每个层面容积资料中所有像素的积元都加以利用来完成重建。 （1）骨骼。SVR图像可以立体、直观和清晰地显示正常颅骨、躯干骨和四肢骨的生理性突起、凹陷、空腔、膨大以及关节的骨性结构（如：关节头和关节盂等）的形态。,

20、10.2.3 三维容积重建,（2）血管系统。SVR在血管系统病变中可以清楚地显示大范围复杂血管的完整形态、走行和病变，能从多角度直观的显示病变与血管、血管之间以及血管与周围其它器官之间的三位空间结构关系。,（3）泌尿系统。SVR图像可以清晰地显示经对比剂强化的肾脏、肾盏和肾盂的完整形态，以及全程输尿管的走行和梗阻、狭窄部位和狭窄程度，并能以多角度直观地显示肾脏、输尿管与周围血管以及骨骼之间的解剖关系。,（4）肿瘤。使用SVR多曲线调整技术（Free setting Multi-Threshold values Curve）可以将经对比剂强化的各系统和器官的肿瘤在同一幅三维图像上同时获得骨、血管

21、和软组织的影像。能够对肿瘤准确地定位，完整地显示病灶本身的状态以及与周围组织器官和血管的毗邻关系和受侵及、挤压移位等情况。经处理后的图像可以对病变进行任意角度的旋转，多方位观察和分析,2. 密度容积重建（IVR） 密度容积重建（Intensity Volume Rendering，IVR）图像利用全部体元深度和透过度的信息成像，主要适用于观察腹部和肺部CT值差别较小的组织器官，如图10.41所示，图像显示了支气管与肺部肿瘤之间的关系，此病例清晰地显示出肺内支气管及肿瘤组织，并且可以看到肿瘤与支气管关系密切。,3. 最大密度投影（MIP） 最大密度（强度）投影（maximum intensity

22、 projection，MIP）是把容积组织或物体中每1个像素信号强度最大的像素元（最大的CT值）通过投影方式叠加在一起，形成一幅只有高信号强度的影像，用切割、剪裁或选择主体等形式把一些多余的背影信号去掉，然后在3D窗口选择旋转方向就可以得到不同视角连续显示的复数影像，从而显示出立体效果。,有造影剂的髂动脉血管经CT增强扫描后，使用最大强度（密度）投影重建得到的图像,SVR重建得到的图像，可以清楚的观察到在髂动脉钙化显示中，MIP图像比SVR图像清晰,4. 最小密度投影（MinIP） 最小密度（强度）投影（minimum intensity projection，MinIP）是利用容积数据中，

23、在视线方向上密度最小的CT值成像的投影技术，其余组织结构的影像被除去，并且图像可以任意选择投照方向进行观察，有利于突出显示具有相同低密度的组织结构。,通过对气管支气管最小密度投影（MinIP），显示出气管狭窄，并可见气管插管影。,5. X-线模拟投影（X-ray Projection） X-线模拟投影是利用容积数据在视线方向上的全部像元值成像的投影技术，主要用于骨骼病变的显示。重建后的图像效果类似于普通X-线摄影，故称为X-线模拟投影，,X-线模拟投影与普通X-线摄影比较，优点是： （1）可进行多角度、多方位投影； （2）可用Clipping、Cutting、Seed等技术去除与靶器官重叠的组

24、织器官影像的干扰； （3）可利用原始数据做回顾性后处理。,6. 透明化X-线模拟投影 透明化X-线模拟投影图像是由Xray Projection技术衍生出来的以透明方式显示的图像，主要用于显示中空器官和骨骼等表面组织结构密度明显高于内部组织密度的器官。,进行图像后处理操作的技术要点是： （1）去除靶器官（骨骼除外）以外的组织，再调整CT值的上下限，最终只保留靶器官表面的影像； （2）适当调整窗宽、窗位，直至获得具有明显透明效果的图像。,7. 容积漫游技术（VRT） 容积漫游技术（Volume rendering technique，VRT）基于3D浏览软件基础之上，包括容积漫游透明和高级图像编

25、辑功能。VRT技术可以对不同物体容积的光线明暗度、透明效果、折射特性进行分析，能选择显示4种不同组织密度的解剖结构，最后存储记录图像效果的密度及色彩。,VRT技术与如SVR、MIP、SSD等其它三维重建技术区别如下： （1）VRT无需定义明确表面，影像中含有的信息比SSD和MIP多，很好的保存了原始数据的解剖空间关系，可以为观察者提供一个更具真实感的三维立体影像 （2）VRT影像所观察的是一个由不同透明度体素组成的完整的影像合集，能显示重叠的组织结构与血管腔。 （3）VRT可以形象真实地反映解剖结构，显示密度差别大的软组织与骨骼或金属支架，同时可以使用不同透明度、亮度及色度进行显示。,三维图像

26、智能化处理和分析技术包括对图像的智能分割、结构分析、对各种器官和组织温度、压力的有限元分析与对血液或其它分泌代谢系统流质的动态分析、自动选择和应用与原始数据相关的三维显示参数与独立显示软组织等功能。 其中，图像的分割技术在临床诊疗中起着十分重要的应用。如图所示，左图为原始图像，右图是经过图像分割处理后除掉腓骨的情况，可以清晰地看出被遮挡的骨裂情况。,10.2.4 三维图像智能化处理技术,三维图像后处理软件提供的常用工具，包括： （1）平面剪辑（Clipping）工具：用鼠标点选“Clipping”图标，再分别拉动在屏幕上显示红、绿、蓝色参考直线就可以沿X、Y、Z轴对图像做6个方向任意深度的切割

27、剪辑。 （2）斜面剪辑（ObliqucClipping）工具：用鼠标点选“Obl.Clipping”图标，再点击“Cut”和“Rotate”按钮，并分别向上、下、左、或右推动鼠标就可以对图像做不同方向切面的切割剪辑，通过拉动“Depth”滑块可以调整切割的深度。 （3）切割（Cutting）工具：用鼠标点选“Drilling”图标，屏幕上即显示出参考图像（Ref. Image）。此时可拖动鼠标在“A”或“B”图像区画出矩形框（框的形状和面积即为洞口的大小），同时在“Ref. Image”上显示的矩形框表示洞的深度，可用鼠标拖动此矩形框以调整深度。选择不同的“Viewing Angle”可改变“

28、Ref. Image”的观察方向。然后，点击“Apply”即可完成钻洞。应用该工具可以模拟手术入路。 （4）电子分离（Seed）：进入组织器官分离（Segmentation）界面，此时屏幕分为“原始图像区Orig”、“合成图像区Binary”、“原始图像+合成图像区Rrig+Binary”和“结果图像区Result”等四个区。点击“Extract Options”即打开“Seed”屏幕，再点选“3D”、“Include”，然后用鼠标点击“Exclude”，则除去与此点相连的组织器官的图像。应用该工具可以实施电子关节分离。,10.3 虚拟内窥镜,虚拟内窥镜技术是将视点置于三维数据场内部并采用透视

29、投影方式实现重采样和图像合成的三维可视化模式。,人体有很多部位真实内窥镜无法到达，如心脏、脊髓、内耳、胆、胰、血管等。虚拟内窥镜采用虚拟现实技术，利用CT、MR等设备产生的图像，进行三维重建。与前面提到的三维重建区别在于，虚拟内窥镜视点通常位于器官内进行漫游，投影方式采样透视投影而非平行投影，以实现对真实内窥镜效果的仿真。下图为虚拟耳窥镜从多角度多方位观察对内耳的半规管及听小骨形态进行的观察。,10.3.1 虚拟内窥镜的应用,虚拟内窥镜的重建操作包括五个主要过程： 打开界面，选择数据； 建立三维图像； 建立虚拟内镜； 建立虚拟内镜检查路径； 观察虚拟内镜图像。,10.3.2 虚拟内窥镜的重建操

30、作,以结肠内窥镜图像重建为例，其操作过程如下： （1）打开图像重建界面，选择所要的病人资料，并进入重建程序。选择病例图像的目标序列。,（2）在重建所需的各种腹部模板中进行选择，然后选择Quick 3D按钮，建立三维图像。,（3）在建立的三维图像上，分别设置阀值、重建范围、将多层和MPR计划添加到选择的结肠中与选择容积功能四个步骤，选择内窥镜检查（Endoscopy）按钮建立虚拟内镜。,（4）在内窥镜检查向导中，选择Make path按钮，可以通过自动产生路径、MPR导航路径、基于VR的半自动路径与基于MPR的半自动路径四种方式设置检查路径。如图10.56所示，指定两个点，点击FIND PATH

31、按钮即可自动产生路径的过程。,（5）对虚拟内镜图像进行观察,10.4 实时四维彩色超声成像（4D超声）,4D超声波技术就是采用 3D 超声波图像加上时间维度参数，可以显示人体内脏器官或胎儿在母体内的即时动态活动图像。,四维（4D）超声成像系统采用特殊的四维探头，能够自动采集容积数据，避免人工采集数据采样不均匀、易产生偏差的缺点。高速信号处理器可以实时处理采集到的图像，无需外接工作站进行图像后处理。增加了混合模式成像、平滑、光线、纹理模式，并且相互之间还可以按一定比例两两组合，提高了组织对比度与信噪比，增强了图像信号的立体感与层次感。在患者平稳呼吸状态下，可连续获得胆囊、胃、膀胱的动态图像，避免

32、了静态三维超声图像采集过程中因呼吸及屏气不足造成图像扭曲、变形而需重新采集图像的弊病。,10.4.1 四维彩色超声技术特点,4D超声最初应用于心脏，包括： （1）心功能的测定； （2）先天性心脏病房间隔缺损和室间隔缺损的诊断；（3）二尖瓣狭窄的瓣口面积测量； （4）检测心肌缺血病变等。其中对心功能的测量是实验研究与临床应用的重点。,10.4.2 四维彩色超声临床应用,2. 4D超声可以使医生能即时观察胎儿在子宫内的动态运动，判断胎儿的发育情况。可以测定胎儿年龄、分析胎儿发育情况、胎儿体积测定、评价多胞胎、高危妊娠、检测胎儿异常、检测子宫结构异常、检测胎盘异常、胎盘定位、检测子宫异常出血、检测异

33、位妊娠和其它的异常妊娠、检测卵巢的肿瘤和纤维瘤、检测子宫肌瘤。 如图所示，英国科学家利用4D超声拍摄的子宫内胎儿影像，可以清晰地观察到胎儿活动的细节、微笑、眨眼等细致的面部表情与四胞胎在有限的子宫空间里激烈地争夺地盘的每一个细节。,3. 4D超声作为术前“外科视野”，可以向外科医生提供心脏结构，尤其是病变结构的实物图像，有助于外科医师制定准确可行的手术计划，避免手术时发生意外而临时修改手术方案情况的出现。 4. 在治疗领域上，4D超声应用于心脏活检中的活检钳放置定位，确定心导管在心腔内位置，对消融导管精确定位。并且可以为二尖瓣球囊成形术、房间隔或室间隔缺损的封堵器封堵术提供精确的空间方位、深度

34、信息与实时术中监测。,10.5 医学影像的融合,医学影像的融合是指利用计算机技术，将各种影像学检查所得到的图像信息进行数字化综合处理，将多种源产生的数据协同应用、空间配准后，融合各种检查的优势以产生一种全新的、高质量的影像信息来达到计算机辅助诊断目的。,影像融合的关键技术包括： 图像数据转换是指对来自不同采集设备的图像信息进行格式转换、三维方位调整、尺度变换等，以确保多源图像的像素与体素表达同样大小的实际空间区域与组织脏器在空间描述上的一致性； 影像融合需要实现相关图像的对位，也就是点到点的一一对应； 图像数据库的作用是实现典型病例、典型图像数据的存档和管理以及信息的提取，为融合提供数据支持；

35、 数据理解是对各种成像设备所得信息进行综合处理和应用，以获得新的有助于临床诊断的信息。,10.5.1 医学影像融合技术与分类,1.按融合技术分类，可分为单模融合、多模融合和模板融合。 （1）单模融合：是指将同一种影像学的图像融合，多用于治疗前后的对比、疾病的随访观察、疾病不同状态的对比、运动伪影和设备固有伪影的校准等方面。 （2）多模融合：是指将不同影像技术的图像进行融合，包括形态和功能成像两大类，多模图像融合主要是将这两类成像方法获得的图像进行融合，其意义在于克服功能成像空间分辨率和组织对比分辨率低的缺点，发扬形态学成像方法各种分辨率高、定位准确的优势，最大限度地挖掘影像学信息，综合利用这几

36、种检查所提供的信息，对病情做出更确切的诊断。 （3）模板融合：是指将患者的图像与模板（解剖或生理图谱等）图像融合，多用于正常结构的统计测量、不同患者同一类病变的比较、生长发育和衰老进程监测与制订诊断标准等方面。,2.按处理方法分类，可分为数值融合和智能融合。 （1）数值融合法是将来源于不同成像设备的图像做空间归一化的处理，获得一致性描述后，来直接应用。 （2）智能融合法是将来源于不同成像设备的图像做空间归一化处理后，根据研究的需要，选择不同图像中的所需信息，进行综合。,3. 按系统拓扑结构分类，可分为集中、分布、分层和混合等方式。 （1）集中式是将各种成像设备所得的图像都直接送到中央处理器来进

37、行融合处理。这种结构既可实现时间融合，又可实现空间融合，但由于其数据量大，数据样式多，对传输、处理设备要求较高，解决策略复杂。 （2）分布式是指各成像设备都是一个个自主的局域处理器，完成对采集信息的局域处理，可在本地完成时间融合，同时又可与其它的结点通信，完成最终诊断，这种结构要求成像设备的性能良好并具开放性。 （3）分层式是在集中和水平式之间引入中间结点，先进行同类成像设备的数据融合，再将结果送至全局处理器，进行异类成像设备的信息融合。 （4）混合式是按信息之间的内在联系将整个系统分解成若干个互连的小型系统，逐级地进行融合，得出最终的诊断结果。,影像融合的关键技术包括： （1）对影像诊断的帮

38、助。 融合后的影像能够清晰地显示检查部位的解剖结构及毗邻关系，有助于影像诊断医生全面了解和熟悉正常组织、器官的形态学特征； 通过采用区域放大、勾画病变轮廓、增添病变区伪彩色等手段，增加病变与正常组织的差异，突出显示病灶，帮助医生及时发现病变，尤其是早期不明显的病变和微小病变，避免漏诊； 在影像中集中体现出病灶在各项检查中的典型特征，有助于诊断医生做出更加明确的定性诊断，尤其是疑难疾病的鉴别诊断。,10.5.2 医学影像融合临床应用,（2）对手术治疗的帮助。在影像的融合中，采用了图像重建和三维立体定向技术，可以清楚地显示复杂结构的完整形态和病灶的空间位置以及病变与周围正常组织的关系，对临床制定手

39、术方案、实施手术以及术后观察起了重要作用。 （3）对科研的帮助。影像的融合集中了多项检查的特征，同时体现了解剖结构，病理特征，以及形态和功能的改变，并可以对影像信息做出定性、定量分析，为临床疾病的进一步研究提供了较为完整的影像学资料。,10.6医学图像后处理技术展望,1. 医学图像多维后处理技术 医学图像2D后处理技术中，除具备图像放大、旋转、W/L调整、图像比较等功能外，还包括基于容积数据的高级功能，如多平面/曲面重建，使医生可以按照任意的平面或曲面，获得感兴趣面的2D图像，适应人体结构的复杂性。 在3D可视化技术应用中，容积图像处理技术得到了广泛应用。其中容积图像处理中的双斜位MPR/三斜

40、位MPR功能，用于体位校准和校准后的平面与任意曲面的重建。医学影像3D智能化后处理技术应用中，组织分割技术可针对骨骼、四肢血管、腹部血管和颈部血管做有效的自动与半自动提取，提供的多种手动分割工具，可以为诊断与治疗方案提供了三维解剖图像。 随着4D彩色超声技术的诞生，在医学影像检查像素、体素的基础上引入四维-时间向量的概念，在3D超声波图像加上时间维度参数，可以显示人体内脏器官或胎儿在母体内的即时动态活动图像，成为医学影像技术的一次重大的进步与飞跃。,2. 计算机辅助探测与虚拟现实技术 计算机辅助探测技术首先被国外应用在针对肺癌和乳腺癌的早期探测。其中，智能化乳腺辅助探测技术集中了图像目标识别、特征提取、智能学习和决策。通过一定量的经过临床病理验证的病例去训练智能库，可以让CAD系统达到接近专家的诊断水平。 虚拟现实（Virtual Reality）技术又称为立体显示技术，采用立体显示技术和立体显示器，医生可以真实地观察到有深度感的人体结构。虚拟现实技术，对于复杂病例的诊断和治疗，起到了其他任何方法都无法替代的作用，也是医生可以无创地最大程度获得病人活体解剖结构的可视化技术。VR技术的应用对医生的诊断和手术前的手术计划和术中导航等，有着非常重要的实用价值。,