医学图像处理的难点与问题优秀PPT.ppt

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1、l l遥感图像处理遥感图像处理 应用面窄应用面窄l l医学图像处理医学图像处理 应用面宽应用面宽一、视觉信息处理的支撑性一、视觉信息处理的支撑性l l高度困难的成像机制高度困难的成像机制l l综合深厚的数学基础综合深厚的数学基础l l精确好用的高新技术精确好用的高新技术l l重大需求的应用前景重大需求的应用前景二、医学图像处理的前瞻性二、医学图像处理的前瞻性l l生理评判的模糊性生理评判的模糊性l l信息生成的随机性信息生成的随机性l l物理求解的病态性物理求解的病态性l l面对应用的实时性面对应用的实时性三、医学图像处理的特殊性三、医学图像处理的特殊性四、医学图像处理的主要问题四、医学图像处

2、理的主要问题 与我们的工作与我们的工作关关于于成成像像重重建建算算法法现现探探讨讨热热点点集集中中在在MR与与PET成成像像，而而CT或或螺螺旋旋CT等等的的成成像像探探讨讨，大大多多是是针针对对具具体体问问题题（如如乳乳房房、心心脏脏）提提出出某某种种特特殊殊技技术术去去解解决，不具普适性。决，不具普适性。1、优质重建、优质重建主要问题主要问题采样密集度的变更常导致图像退化。采样密集度的变更常导致图像退化。相应对策相应对策K-空间中的随意重采样技术。空间中的随意重采样技术。工作基础工作基础因缺乏成像前数据，我们未开展此类探讨。因缺乏成像前数据，我们未开展此类探讨。MRMR图像图像存在问题存在

3、问题图图像像辨辨别别率率低低，噪噪声声大大，缺缺少少结结构构信信息，无法定位病灶。息，无法定位病灶。相应对策相应对策 a.前前处处理理：基基于于小小波波包包门门限限估估计计的的正正则化抑噪技术。则化抑噪技术。b.后后处处理理：提提出出各各种种优优化化方方法法，如如正正则化方法、最大似然法等滤噪。则化方法、最大似然法等滤噪。PETPET图像图像已有工作已有工作 a.前前处处理理：由由于于缺缺乏乏成成像像前前数数据据，我我们们未未从事其探讨从事其探讨 b.后后处处理理：我我们们提提出出了了正正则则化化参参数数自自适适应应修修改改模模型型与与 迭迭代代快快速速算算法法（ARCTLS），并并从从理理论

4、论上上首首次次证证明明白白迭迭代代解解的的存存在在性性与与稳稳定定性性，重重建建质质量量与与速速度度均均比比国国外外最最近同类算法（近同类算法（RCTLS）提高）提高3倍以上。倍以上。自自适适应应图图像像重重建建(a)退化图像退化图像(b)正则化总体最小二乘法重建图像正则化总体最小二乘法重建图像(c)局部线化方法重建图像局部线化方法重建图像(d)自适应正则化总体最小二乘法重建图像自适应正则化总体最小二乘法重建图像 信噪比与计算耗时的比较信噪比与计算耗时的比较注：试验在注：试验在P-II/166 上实现上实现2、伪影校正、伪影校正MRMR成成成成像像像像中中中中，运运运运动动动动伪伪伪伪影影影影

5、几几几几乎乎乎乎无无无无所所所所不不不不在在在在，损损损损害害害害了了了了图像质量。图像质量。图像质量。图像质量。主要问题主要问题 现现有有各各种种前前处处理理技技术术（快快速速扫扫描描、门门控控扫扫描描、欠欠扫扫描描、过过扫扫描描或或可可矫矫正正重重建建模模式）的校正效果不志向式）的校正效果不志向相应对策相应对策必必需需提提出出新新的的方方法法，能能具具普普适适性性，又又有有优越的校正效果。优越的校正效果。工作基础工作基础(1)前前处处理理：我我们们最最新新提提出出的的逆逆向向迭迭代代修修正正算算法法(IIC)对对MR图图像像中中的的仿仿真真平平移移运运动动伪伪影影处处理理,比比美美国国最最

6、近近算算法法(EF)的的信信噪噪比比提提高高约约个个dB,计计算算速速度度提提高高一一倍倍以以上上,且稳健性好且稳健性好(2)后后处处理理：目目前前我我们们正正想想从从统统计计学学入入手手来来绽开此类探讨。绽开此类探讨。a.模板模板原始原始图图像像 b.平移平移伪伪影影图图像像 c.能量聚焦法修正能量聚焦法修正结结果果 d.逆向迭代修正逆向迭代修正结结果果MR平移运动伪影消退平移运动伪影消退a、e为原始图像；为原始图像；b、f为模拟伪影图像；为模拟伪影图像；c、g为能量聚焦法修正的结果；为能量聚焦法修正的结果；d、h为自动逆向迭代法修正的结果为自动逆向迭代法修正的结果EF和和IIC在信噪比和运

7、行时间上的对比在信噪比和运行时间上的对比 注：试验在注：试验在P-III/1G 上实现上实现3、图像配准、图像配准多多多多模模模模态态态态医医医医学学学学图图图图像像像像信信信信息息息息融融融融合合合合是是是是当当当当前前前前探探探探讨讨讨讨热热热热点点点点，而前提是配准技术。而前提是配准技术。而前提是配准技术。而前提是配准技术。主要问题主要问题当当前前国国际际主主流流算算法法的的误误配配率率较较大大，难难以好用。以好用。相应对策相应对策提提出出模模糊糊或或广广义义模模糊糊相相像像准准则则来来提提高高配准精度。配准精度。工作基础工作基础(1)模模糊糊弹弹性性配配准准相相像像性性测测度度方方法法

8、正正在在探讨中探讨中(2)我我们们提提出出的的医医学学图图像像刚刚性性配配准准的的模模糊糊相相像像性性测测度度函函数数（FS），稳稳健健性性与与计计算算精精度度明明显显优优于于当当前前同同类类探探讨讨（MI），配准精度提高），配准精度提高2倍。倍。试试验验接接受受美美国国Vanderbilt高高校校Retrospective Registration Evaluation Project（RREP）项项目目组组供供应应的的国国际际通通用用刚刚性性配配准准图图像像数数据据，评评估估方方式式接接受受配配准准获获得得的的结结果果与与项项目目组组已已有有的的金标准进行比较。金标准进行比较。基于模糊边缘

9、场的基于模糊边缘场的CT与与MR刚性配准刚性配准FS与与MI配准方法的误配率比较配准方法的误配率比较4、目标分割、目标分割医医医医学学学学图图图图像像像像目目目目标标标标分分分分割割割割也也也也是是是是当当当当前前前前国国国国际际际际探探探探讨讨讨讨热热热热点点点点，是是是是精确量化诊断的重要依据。精确量化诊断的重要依据。精确量化诊断的重要依据。精确量化诊断的重要依据。主要问题主要问题分分割割精精度度不不高高，灰灰度度归归类类算算法法没没有有考考虑虑空空间间特性。特性。相应对策相应对策要要提提出出模模糊糊随随机机分分割割模模型型，以以提提高高分分割割的的效效果。果。工作基础工作基础我我们们提提

10、出出的的广广义义模模糊糊Gibbs分分割割算算法法（FGS）可可自自动动获获得得最最优优分分割割效效果果，且且算算法法稳稳健健性性优优于于国国外外同同类类算算法法（ML与与CGS）。）。试试验验数数据据接接受受哈哈佛佛高高校校附附属属医医院院供供应应在在Internet 网网上上的的20幅幅正正常常脑脑部部MR图图像像，分分割割结结果果与与其其供供应应的的手手动动分分割割结结果果（即即金标准）进行对比。金标准）进行对比。(a)原始图像原始图像,(b)ML 分割结果分割结果,(c)CGS 分割结果分割结果,(d)FGS分割结果分割结果 （a）（b）（c）（d）脑部冠状面磁共振图像脑部脑部MR图像

11、的分割算法比较图像的分割算法比较 (a)为白质的重叠率为白质的重叠率 (b)为灰质的重叠率为灰质的重叠率5、运动估计、运动估计心心心心脏脏脏脏序序序序列列列列图图图图像像像像分分分分析析析析中中中中，左左左左心心心心室室室室内内内内壁壁壁壁的的的的廓廓廓廓线线线线运动跟踪是心功能量化评价的重要依据。运动跟踪是心功能量化评价的重要依据。运动跟踪是心功能量化评价的重要依据。运动跟踪是心功能量化评价的重要依据。主要问题主要问题轮廓跟踪精度低，误差大。轮廓跟踪精度低，误差大。相应对策相应对策要提出新跟踪算法，解决精度与速度问题。要提出新跟踪算法，解决精度与速度问题。工作基础工作基础最最 新新 提提 出

12、出 的的 广广 义义 模模 糊糊 粒粒 子子 滤滤 波波（GFPF）算算法法，跟跟踪踪效效果果明明显显优优于于当当前前 国国 际际 上上 最最 好好 的的 Unscented PF（UPF），跟踪精度提高约一倍多。），跟踪精度提高约一倍多。试试验验数数据据由由美美国国NIH心心肺肺血血液液探探讨讨所所供供应应，对对心心脏脏图图像像的的处处理理结结果果与与其其公公布布的的手手工工勾勾画画左左心心房房内内壁壁（即即金金标标准准）轮轮廓进行比较。廓进行比较。心脏序列图像的左心房边缘（心脏序列图像的左心房边缘（NIHNIH金标准）金标准）上行上行:GFPF的跟踪结果的跟踪结果;下行下行:UPF的跟踪结

13、果的跟踪结果跟踪结果误差对比跟踪结果误差对比 主要问题主要问题医医学学序序列列图图像像的的帧帧内内冗冗余余与与帧帧间间冗冗余余度度很很大大，失失去去一一些些无无关关细细微微环环节节不不影影响响诊诊断断，但但迄迄今今医学图像的有损压缩没有一个公认的标准。医学图像的有损压缩没有一个公认的标准。相应对策相应对策要要提提出出新新的的有有损损标标准准及及算算法法，实实现现高高压压缩缩比比下的高信噪比优质解码图像。下的高信噪比优质解码图像。6、图像压缩、图像压缩工作基础工作基础提提提提出出出出了了了了模模模模糊糊糊糊聚聚聚聚类类类类的的的的软软软软分分分分类类类类问问问问题题题题的的的的最最最最优优优优分

14、分分分类类类类测测测测度度度度与与与与算算算算法法法法（OFCOFC），自自自自动动动动实实实实现现现现优优优优化化化化分分分分类类类类，且且且且运运运运算算算算速速速速度度度度比比比比国国国国际通用算法（际通用算法（际通用算法（际通用算法（LBGLBG）提高）提高）提高）提高5656倍。倍。倍。倍。(a)OFC (b)LBGCT_head 码码本大小本大小为为980 (c)OFC (d)LBGMR_head 码码本大小本大小为为970基基于于最最优优模模糊糊矢矢量量量量化化的的图图像像压压缩缩试验结果与分析试验结果与分析（在有损压缩比相同条件下）（在有损压缩比相同条件下）基于模糊聚类优化的序

15、列图像分形压缩基于模糊聚类优化的序列图像分形压缩 测测试试图图像像为为标标准准QCIFQCIF格格式式的的运运动动图图像像序序列列，包包括括由由150150帧帧图图像像(176144)(176144)组组成成的的标标准准序序列列和和2222帧帧医医学学图图像像序序列列（128128128128）。只只对对亮亮度度信信号号进进行行编编码码，色度信号的压缩原理完全相同。色度信号的压缩原理完全相同。表表 基于基于OFCOFC算法不同运动图像序列试验结果比较算法不同运动图像序列试验结果比较 两种算法下重建运动图像序列两种算法下重建运动图像序列ForemanForeman的每帧的每帧PSNRPSNR比较

16、比较 1st frame 11th frame 7、边缘检测、边缘检测提出了广义模糊边缘检测算子，是唯一满提出了广义模糊边缘检测算子，是唯一满足国际边缘检测三准则的快速算法足国际边缘检测三准则的快速算法广广义义模模糊糊边边沿沿检检测测对对比比图图（接接受受国国际际标标准准图图像像测测试试）原图象原图象(带加性噪声带加性噪声)GFO算法边缘检测结果算法边缘检测结果Roberts算法边缘检测结果算法边缘检测结果LOG算法边缘检测结果算法边缘检测结果主要问题主要问题医医学学MR图图像像由由于于图图像像采采集集过过程程中中射射频频磁磁场场的的非非匀匀整整性性，造造成成图图像像中中灰灰度度的的非非匀匀整

17、整分分布布，表表现现为为图图像像中中局局部部过过亮亮与与过过暗暗，掩掩盖盖了了有有效效的诊断信息。的诊断信息。相应对策相应对策要提出非匀整性校正后处理方法。要提出非匀整性校正后处理方法。8、MR非匀整性校正非匀整性校正工作基础工作基础提提出出了了基基于于Gibbs随随机机场场理理论论与与EM算算法法的的MR图像非匀整性校正算法。图像非匀整性校正算法。MR非匀整性的矫正非匀整性的矫正9、血管血管重建重建由由由由于于于于DSADSA只只只只能能能能供供供供应应应应2D2D数数数数据据据据，故故故故无无无无法法法法对对对对病病病病灶灶灶灶与与与与介介介介入入入入路路路路径径径径进进进进行行行行空空空

18、空间间间间定定定定位位位位，为为为为患患患患者者者者带带带带来来来来很很很很大大大大苦苦苦苦痛。痛。痛。痛。主要问题主要问题仅仅利利用用2D信信息息不不能能导导出出3D血血管管空空间间结结构。构。相应对策相应对策国国际际上上缺缺乏乏此此类类探探讨讨，我我们们提提出出从从人人体血管标本体血管标本 模模型型动动身身，建建立立3D3D血血管管网网络络数数字字化化模模型型作作为为学学问问工工程程；然然后后以以患患者者2D2D（两两个个以以上上不不同同方方位位）DSADSA图图像像为为引引导导，接接受受智智能能分分析析与与优优化化路路径径搜搜寻寻策策略略来来重重建建患者真患者真3D3D环境。环境。工作基础工作基础 由于工程较大，我们现正起先探讨由于工程较大，我们现正起先探讨精品课件精品课件！精品课件精品课件！谢谢 谢谢