生物医学工程专业概论医学图象处理.pptx

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1、会计学1生物医学工程专业概论医学图象处理生物医学工程专业概论医学图象处理第一页，编辑于星期二：四点 二十四分。遥感图片遥感图片第1页/共126页第二页，编辑于星期二：四点 二十四分。计算机合成图象计算机合成图象 第2页/共126页第三页，编辑于星期二：四点 二十四分。阿波罗登月阿波罗登月阿波罗登月阿波罗登月（19691969年年年年7 7月月月月2020日，人类实现第一次登月着陆日，人类实现第一次登月着陆日，人类实现第一次登月着陆日，人类实现第一次登月着陆）第3页/共126页第四页，编辑于星期二：四点 二十四分。生物医学图像学（生物医学图像学（BMI)n n是一门古老而年轻的学科n n它的产生

2、可追溯到公元15 16世纪，甚至更早时期n n现代科学技术和现代医学的飞速发展，使它成为一门蓬勃发展的具有代表性的现代学科 第4页/共126页第五页，编辑于星期二：四点 二十四分。主要内容主要内容n n1 研究的对象、研究目的n n2 研究的任务n n3 主要的医学图象n n4 医学图象处理的目的、意思、手段第5页/共126页第六页，编辑于星期二：四点 二十四分。1 研究的对象、研究的目的研究的对象、研究的目的n n自然界中的生物体：小到原生质的分子、原子，大到微生物、动物体和人体。自然界中的生物体：小到原生质的分子、原子，大到微生物、动物体和人体。n n以生物体各种不同层次的组织、结构为主要

3、研究对象；研究获取这些以生物体各种不同层次的组织、结构为主要研究对象；研究获取这些图象的原理、方法和图象的原理、方法和成像技术成像技术；并根据不同生物医学图象的特点解；并根据不同生物医学图象的特点解决提高图象的质量，进行图象的数据重建等一系列的技术问题，从决提高图象的质量，进行图象的数据重建等一系列的技术问题，从而探明系统的功能而探明系统的功能(正常、异常、演变过程正常、异常、演变过程)，获取生物技术、医学诊断、，获取生物技术、医学诊断、治疗有价值的信息和资料。治疗有价值的信息和资料。第6页/共126页第七页，编辑于星期二：四点 二十四分。2 研究任务研究任务n n生物医学成像技术n n生物医

4、学图象处理技术n n生物医学图象临床应用技术将有用信息提取出来，并以图象的形式进将有用信息提取出来，并以图象的形式进将有用信息提取出来，并以图象的形式进将有用信息提取出来，并以图象的形式进行显示。被提取的信息可以是行显示。被提取的信息可以是行显示。被提取的信息可以是行显示。被提取的信息可以是形态的形态的形态的形态的，功能功能功能功能的的的的，或者是，或者是，或者是，或者是成份的成份的成份的成份的等。所显示的形式可以是等。所显示的形式可以是等。所显示的形式可以是等。所显示的形式可以是一维的、二维的，或者是三维的；甚至是一维的、二维的，或者是三维的；甚至是一维的、二维的，或者是三维的；甚至是一维的

5、、二维的，或者是三维的；甚至是四维等不同层次的图象。四维等不同层次的图象。四维等不同层次的图象。四维等不同层次的图象。在获得图象之后，对其进行在获得图象之后，对其进行在获得图象之后，对其进行在获得图象之后，对其进行去噪去噪去噪去噪、增强增强增强增强、分分分分割割割割、特征提取特征提取特征提取特征提取、分析分析分析分析、识别识别识别识别、分类分类分类分类、解释解释解释解释等。等。等。等。达到达到达到达到客观诊断客观诊断客观诊断客观诊断的目的，帮助最优治疗方案的的目的，帮助最优治疗方案的的目的，帮助最优治疗方案的的目的，帮助最优治疗方案的选择、确定和实施。选择、确定和实施。选择、确定和实施。选择、

6、确定和实施。第7页/共126页第八页，编辑于星期二：四点 二十四分。生物医学成像生物医学成像及生物图象处理生物图象处理在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用。重要的作用。n nX X射线、射线、CTCT、MRIMRI的发现或发明者获得的发现或发明者获得诺贝尔奖诺贝尔奖。n n医学成像及图象处理设备占医院投资中的比例越来医学成像及图象处理设备占医院投资中的比例越来越高。仅越高。仅GEGE公司下属的北京航卫公司下属的北京航卫20032003年生产的中低档年生产的中低档CTCT，销售额就达销售额就达3030亿元亿元。n n发达国家高度重视。以

7、美国为例，它是发达国家高度重视。以美国为例，它是NSFNSF，NIHNIH的的重要资助领域，近年美国还成立了重要资助领域，近年美国还成立了NIBIBNIBIB（National Institute of Biomedical National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering Imaging and Bioengineering）机构专门资助医学成像和生物工程领域的机构专门资助医学成像和生物工程领域的研究研究 第8页/共126页第九页，编辑于星期二：四点 二十四分。分类分类n n生物医学显微图像学(Biomedical mic

8、ro-imaging，BMMI)研究生物体微观结构和功能为主 n n人体医学图像处理学(Human body medical imaging，HBMI)以人体宏观解剖学结构及功能为研究对象第9页/共126页第十页，编辑于星期二：四点 二十四分。主要的主要的显微成像技术显微成像技术n n光学显微技术光学显微技术(Optic microscope)(Optic microscope)n n电子显微技术电子显微技术(Electron microscopy)(Electron microscopy)n n扫描隧穿显微技术扫描隧穿显微技术(Scanning tunnel microscopy(Scann

9、ing tunnel microscopy，STM)STM)n n惰性离子显微技术惰性离子显微技术(Inert ion microscopy(Inert ion microscopy，IIM)IIM)n n激光显微技术激光显微技术(Laser microscopy)(Laser microscopy)n n磁共振显微技术磁共振显微技术(NMR Microscopy)(NMR Microscopy)n n超声显微技术超声显微技术(Ultrasonic microscopy)(Ultrasonic microscopy)第10页/共126页第十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。第11页/共126

10、页第十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。医学显微图象医学显微图象第12页/共126页第十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。主要的人体主要的人体浅表图象浅表图象n n人体热图人体热图(热像图、红外线分布图等热像图、红外线分布图等)诊断表皮恶性肿瘤及其转移情况（如皮肤癌、乳腺癌、甲状腺癌）、各类诊断表皮恶性肿瘤及其转移情况（如皮肤癌、乳腺癌、甲状腺癌）、各类炎症、末梢血管疾病、牙床疾病等炎症、末梢血管疾病、牙床疾病等n n人体电位分布图人体电位分布图（心电图、脑电图、肌电图、眼电图等）（心电图、脑电图、肌电图、眼电图等）n n人体磁场分布图人体磁场分布图（如心磁圈、脑磁图、肌磁图、肺磁图等）（

11、如心磁圈、脑磁图、肌磁图、肺磁图等）以曲线的变化形式展示体内器官或系统的生理状态和生理功能以曲线的变化形式展示体内器官或系统的生理状态和生理功能第13页/共126页第十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。红外图象红外图象第14页/共126页第十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。红外图象红外图象静静脉脉曲曲张张患患者者的的腿腿部部远远红红外外热热像像，血血管管明明显显增增温温、增增粗粗，箭箭头头所所指指处处尤尤为为明明显显。第15页/共126页第十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。红外图象红外图象脉脉管管炎炎患患者者的的腿腿部部远远红红外外热热像像图图，患患腿腿由由于于血血管管疾疾病病而而血

12、血流流不不畅畅，导导致致低低温温。第16页/共126页第十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。EEG第17页/共126页第十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。主要的人体主要的人体医学影像医学影像n n投影投影X X射线成像射线成像(X-ray)(X-ray)n nX X射线计算机断层成像射线计算机断层成像(X-ray Computed Tomography,X-CT)(X-ray Computed Tomography,X-CT)n n超声成像超声成像(ultrasonic(ultrasonic，US)US)n n放射性核素成像放射性核素成像(emission Computed Tomogr

13、aphy,ECT)emission Computed Tomography,ECT)n n磁共振成像磁共振成像(Magnetic Resonance imaging(Magnetic Resonance imaging，MRI)MRI)n n光学、电子学成像光学、电子学成像(Imaging of optics and electronics)(Imaging of optics and electronics)n n医学成像新技术医学成像新技术(微波成像、阻抗成像、磁源成像微波成像、阻抗成像、磁源成像)重要组重要组重要组重要组成部分成部分成部分成部分第18页/共126页第十九页，编辑于星期二：

14、四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象n nX-ray正常肺正常肺正常肺正常肺气胸气胸气胸气胸第19页/共126页第二十页，编辑于星期二：四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象X|CT肺肺肺肺肿肿肿肿块块块块脑脑脑脑膜膜膜膜瘤瘤瘤瘤肺肺肺肺部部部部病病病病变变变变白白白白血血血血病病病病第20页/共126页第二十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。X-CT应用应用第21页/共126页第二十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。螺旋螺旋CT第22页/共126页第二十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。CT与常规与常规X射线成像比较射线成像比较 第23页/共126页第二十四页，编

15、辑于星期二：四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象n n超声图像O第24页/共126页第二十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。超声图像超声图像开端开端n n1942Dr.Karl Theodore Dussik(1908-)第一个发表，用超声波透射脑部Karl Theodore Dussik(1908-)Dussik的脑部影像的脑部影像 第25页/共126页第二十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。超声图像超声图像历史：历史：B-Mode出现出现 1949Dr.Douglass Howry,W.Roderick Bliss与与Gerald Posakony 开发开发出用人体的反射出

16、用人体的反射声波成像之声波成像之B-mode系统系统 第26页/共126页第二十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。超声医学图象的特点超声医学图象的特点n n无伤害性n n可以动态显示体内器官的活动情况n n血流显示n n目前心脏功能评价和心脏疾病诊断的主要手段n n分辨率低n n图象质量差 Speckle noiseSpeckle noise Dynamic rangeDynamic range第27页/共126页第二十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。超声成像系统的构成超声成像系统的构成第28页/共126页第二十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。彩色多普勒超声图象（心脏）彩色多普勒超声

17、图象（心脏）第29页/共126页第三十页，编辑于星期二：四点 二十四分。彩色多普勒超声图象（肾脏）彩色多普勒超声图象（肾脏）第30页/共126页第三十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。我国的超声仪我国的超声仪第31页/共126页第三十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。B超图象（超图象（Fetal profile）第32页/共126页第三十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。B超图象（超图象（Fetal profile）第33页/共126页第三十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。正常颈动脉分叉正常颈动脉分叉第34页/共126页第三十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。颈动脉狭窄颈动脉狭窄第

18、35页/共126页第三十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。静脉瓣静脉瓣第36页/共126页第三十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。胆囊胆囊Gallbladder第37页/共126页第三十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象n n放射性核素成像放射性核素成像ECTECTPETPET（正电子（正电子CTCT）第38页/共126页第三十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。放射性核素成象原理放射性核素成象原理n n把放射性同位素标记在药物上引入病人体内，当它被吸收后，人体自身便成了放射源。n n放射性同位素在衰变过程中，将向体外辐射射线。n n用核子探测器在体外定量

19、地观察这些放射性同位素在体内的分布情况，以此成象。第39页/共126页第四十页，编辑于星期二：四点 二十四分。ECT：n n 照相机照相机（AngerAnger照相机照相机）n nSPECTSPECT（Single Photon Emission Computerized Tomography Single Photon Emission Computerized Tomography 单光子发射计单光子发射计算机断层照相）算机断层照相）n nPETPET（Positron Emission Computerized Tomography,Positron Emission Computeri

20、zed Tomography,正电子发射计算机断正电子发射计算机断层扫描，简称层扫描，简称PECTPECT或或PETPET）第40页/共126页第四十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。照相机照相机输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（planarplanar）第41页/共126页第四十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。照相机成像图形显示照相机成像图形显示输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（输出动态的二维平片（planarplanar）第42页/共126页第四十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。SPECT采用横向断层扫描，得

21、到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像第43页/共126页第四十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。PET采用横向断层扫描，得到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像采用横向断层扫描，得到横断面的图像第44页/共126页第四十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。CT与与PET比较比较第45页/共126页第四十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。First Installation in Zurich March 2001PET/CTl lCTCT与与与与PETPET硬件、软件

22、同机融合硬件、软件同机融合硬件、软件同机融合硬件、软件同机融合l l解剖图像与功能图像同机融合解剖图像与功能图像同机融合解剖图像与功能图像同机融合解剖图像与功能图像同机融合l l同一幅图象既有精细的解剖结构又有同一幅图象既有精细的解剖结构又有同一幅图象既有精细的解剖结构又有同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息丰富生理、生化分子功能信息丰富生理、生化分子功能信息丰富生理、生化分子功能信息l l可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程过程过程过程l l高灵敏度、高特异性、高准确性高灵敏

23、度、高特异性、高准确性高灵敏度、高特异性、高准确性高灵敏度、高特异性、高准确性第46页/共126页第四十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。第47页/共126页第四十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。衰减校正衰减校正衰减校正衰减校正功能解剖融合图像功能解剖融合图像功能解剖融合图像功能解剖融合图像功能解剖融合图像功能解剖融合图像(Functional Anatomic MappingFunctional Anatomic MappingFunctional Anatomic Mapping，FAM)FAM)FAM)CTSPECT/PET同机同机同机同机图像融合图像融合图像融合图像融合第48页/

24、共126页第四十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。第49页/共126页第五十页，编辑于星期二：四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象n nMRI第50页/共126页第五十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。3 主要的医学图象主要的医学图象MRI MRI 颅内错构瘤颅内错构瘤第51页/共126页第五十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。MRI图象图象第52页/共126页第五十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。MRI成像成像第53页/共126页第五十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。MRI设备设备GE Signo3.0GE Signo3.0第54页/共126页第五十五页，编辑于星期

25、二：四点 二十四分。MRI功能成像功能成像n n研究人类视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉与运动，记忆、注意以及人类特有的机能如语言等神经机制方面n n感觉运动皮质的术前成像用于神经变性疾病、癫痫、中风、中风恢复等临床方面n n人类特有的精神分裂症、抑郁症、孤独症等精神疾患n n带来新技术出现，如结合FMRI的MEG、EEG及弥散光学成像(DOT)。第55页/共126页第五十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。MRI分子成像分子成像第56页/共126页第五十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。MRI的突出优点的突出优点n n基于核磁共振，无高能（基于核磁共振，无高能（X XRayRay）辐射，故安全

26、、）辐射，故安全、对人体无创对人体无创n n可以对人体组织作出形态和功能的诊断；可以对人体组织作出形态和功能的诊断；n nfMRIfMRI：磁共振功能成像：磁共振功能成像n n提供精细的解剖结构信息提供精细的解剖结构信息n nMRIMRI分辨率可达分辨率可达0.5mm0.5mm；n n获取人体的三维图像数据较容易获取人体的三维图像数据较容易n n直接产生三维数据，无需重建直接产生三维数据，无需重建MRIMRI完成于完成于8080年代，年代，对医学成像产生意义深远的影响对医学成像产生意义深远的影响第57页/共126页第五十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。医学成像方式功能比较医学成像方式功能比

27、较-2功功能能特特点点X线机线机XCT磁共振磁共振同位素同位素超声超声 透视透视 拍片拍片 无创、无电离辐射无创、无电离辐射 断层成像断层成像 实时、动态实时、动态 形态、功能与定征形态、功能与定征 设备价格便宜设备价格便宜结构形态结构形态 血流测量血流测量 组织定征组织定征断层断层结构结构 设备简单设备简单 电离辐射电离辐射 影像重叠影像重叠断层摄影断层摄影电离辐射电离辐射非实时非实时断层摄断层摄影影设备昂设备昂贵贵非实时非实时断层摄影断层摄影分辨力低分辨力低放射性药放射性药物物 断层断层 结构结构 代谢代谢 功能功能代谢代谢功能功能第58页/共126页第五十九页，编辑于星期二：四点 二十四

28、分。医学成象的发展趋势医学成象的发展趋势n n多维成象（Multi-Dimensional Imaging）n n多模式成象（Multi-Modality Imaging）n n多种图象模式的融合n n多参数成象(Multi-Parameter Imaging)n n图象归档与通信系统（Picture Archiving and Communication System:PACS）第59页/共126页第六十页，编辑于星期二：四点 二十四分。4 医学图象处理医学图象处理 之之 目的目的n n医学图象处理是一个很复杂的过程n n利用计算机系统对生物医学图象进行的具有临床医学意义的处理和分析。第60

29、页/共126页第六十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。4 医学图象处理医学图象处理 之之 意义意义n n医学图象作为一种信息源，也和其它有关病人的信息一样，是医生医学图象作为一种信息源，也和其它有关病人的信息一样，是医生做出判断时的依据。医生在判读医学图象时，要把图象与他的解剖做出判断时的依据。医生在判读医学图象时，要把图象与他的解剖学、生理学和病理学等知识做对照，还要根据经验来捕捉图象中的学、生理学和病理学等知识做对照，还要根据经验来捕捉图象中的有重要意义的细节和特征。所以要从一幅或几幅医学图象中判断出有重要意义的细节和特征。所以要从一幅或几幅医学图象中判断出是否有异常，或属于什么疾病，是

30、一种是否有异常，或属于什么疾病，是一种高级的脑力劳动高级的脑力劳动。任意拿一张。任意拿一张有异常的有异常的CTCT图象、图象、X X线照片或超声图象来看，如果不是训练有素的医线照片或超声图象来看，如果不是训练有素的医生，是难以发现图片上的异常的。生，是难以发现图片上的异常的。l l图象是人们从客观世界获取信息的重要来源图象是人们从客观世界获取信息的重要来源图象是人们从客观世界获取信息的重要来源图象是人们从客观世界获取信息的重要来源视觉信息占视觉信息占视觉信息占视觉信息占60607070，人眼灵敏度高，鉴别能力强，人眼灵敏度高，鉴别能力强，人眼灵敏度高，鉴别能力强，人眼灵敏度高，鉴别能力强，不仅

31、可以辨别景物，还能辨别人的情绪。不仅可以辨别景物，还能辨别人的情绪。不仅可以辨别景物，还能辨别人的情绪。不仅可以辨别景物，还能辨别人的情绪。l l图象信息处理是人类视觉延续的重要手段图象信息处理是人类视觉延续的重要手段图象信息处理是人类视觉延续的重要手段图象信息处理是人类视觉延续的重要手段 人的眼睛只能看到可见光部分，但能够成像的并不仅仅是可见光。人的眼睛只能看到可见光部分，但能够成像的并不仅仅是可见光。人的眼睛只能看到可见光部分，但能够成像的并不仅仅是可见光。人的眼睛只能看到可见光部分，但能够成像的并不仅仅是可见光。一般来说可见光的波长为一般来说可见光的波长为一般来说可见光的波长为一般来说可

32、见光的波长为0.380.38一一一一0.80.8 mm，而迄今为止人类发现可，而迄今为止人类发现可，而迄今为止人类发现可，而迄今为止人类发现可成像的射线已有多种，如：成像的射线已有多种，如：成像的射线已有多种，如：成像的射线已有多种，如：射线：射线：射线：射线：0.0030.03nm0.0030.03nm；X X射线：射线：射线：射线：0.033nm 0.033nm 紫外线：紫外线：紫外线：紫外线：3300nm3300nm；红外线：；红外线：；红外线：；红外线：0.83000.8300 m m 微波：微波：微波：微波：0.3100cm0.3100cm第61页/共126页第六十二页，编辑于星期二

33、：四点 二十四分。医学图象处理发展的四个阶段医学图象处理发展的四个阶段医学图象处理发展的四个阶段医学图象处理发展的四个阶段n n19801980年前年前19841984年：医学图像质量较差。年：医学图像质量较差。二维图像处理与分析二维图像处理与分析，重点是重点是图像分割、配准图像分割、配准等。等。n n19851985年年19911991年：医学成像设备的发展，年：医学成像设备的发展，MRMR设备成为越来越设备成为越来越重要的数据源。重要的数据源。计算机辅助诊断、图像分割、配准、三维重建计算机辅助诊断、图像分割、配准、三维重建等等是研究重点。是研究重点。n n19921992年年1998199

34、8年：高质量的三维年：高质量的三维MRMR图像出现。螺旋图像出现。螺旋CTCT、超声、超声、SPECTSPECT和和PETPET也迅速发展。医学影像处理与分析中的问题越来越复杂，也迅速发展。医学影像处理与分析中的问题越来越复杂，功能图像的处理与分析功能图像的处理与分析出现。出现。n n19991999年以后：成像技术更先进。图像处理算法更复杂。年以后：成像技术更先进。图像处理算法更复杂。例如：功能激活区提取，纤维追踪算法研究。例如：功能激活区提取，纤维追踪算法研究。第62页/共126页第六十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。4 医学图象处理医学图象处理 之之 作用作用第63页/共126页第六

35、十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。什么是图象？什么是图象？l l“图图”是物体投射或反射光的分布是物体投射或反射光的分布l l“象象”是人的视觉系统对图的接受在大是人的视觉系统对图的接受在大脑中形成的印象或反映。脑中形成的印象或反映。l l“图象图象”就是客观和主观的结合。就是客观和主观的结合。第64页/共126页第六十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。Photo vs Imagen n模拟图象（模拟图象（analog imageanalog image）：照片、电视画面等，）：照片、电视画面等，特点是速度快，实时并行处理，硬件实现，缺点特点是速度快，实时并行处理，硬件实现，缺点是精度差

36、，灵活性差，无判断能力和非线性处理是精度差，灵活性差，无判断能力和非线性处理能力。能力。n n数字图象（数字图象（digital imagedigital image）：量化的模拟图象，）：量化的模拟图象，优点是处理精度高，内容丰富，可以进行非线优点是处理精度高，内容丰富，可以进行非线性处理，处理灵活（软件实现），缺点是处理性处理，处理灵活（软件实现），缺点是处理速度、分辨率和精度受限于计算机发展技术。速度、分辨率和精度受限于计算机发展技术。第65页/共126页第六十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。连续图象连续图象数字图象数字图象对连续图象对连续图象 f（x，y）进行数字化进行数字化空间上

37、，图象抽样空间上，图象抽样空间上，图象抽样空间上，图象抽样幅度上，灰度级量化幅度上，灰度级量化幅度上，灰度级量化幅度上，灰度级量化x x方向：抽样方向：抽样方向：抽样方向：抽样MM行行行行y y方向：每行抽样方向：每行抽样方向：每行抽样方向：每行抽样NN点点点点整个图象共抽样整个图象共抽样整个图象共抽样整个图象共抽样MM NN个象素点个象素点个象素点个象素点一般取一般取一般取一般取 M=N=2M=N=2n n=64=64，128128，256256，512512，10241024，20482048xy第66页/共126页第六十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。数字图象的表示数字图象的表示第6

38、7页/共126页第六十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。数字图象：用矩阵来表数字图象：用矩阵来表示示第68页/共126页第六十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。医学图象处理的内容医学图象处理的内容n n图象增强（灰度变换、直方图修改、图象平滑、边缘增强、伪彩色等）n n空域增强n n变换域增强（图象变换：FT、WHT、WT等）n n图象压缩（变换编码、行程编码、预测编码、差分编码、算术编码等）PACSn n图象变换：DCT、WTn n编码方法：如Huffman编码第69页/共126页第七十页，编辑于星期二：四点 二十四分。医学图象分析的内容医学图象分析的内容n n图象复原n n图象分割（特

39、征提取）n n图象分类与识别（特征提取、模式识别）n n图象配准与融合n n多维图象重建与可视化n n可视化人体数据库n n虚拟人体第70页/共126页第七十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强的目的图象增强的目的n n采用数学的或数字图象处理的技术手段n n改善图象的视觉效果，将图象转换成更适合于人眼观察n n改善图象的特性，使之更适合于机器分析识别的形式，以便从图象中获取更有用的信息。第71页/共126页第七十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。直方图（直方图（Histogram）第72页/共126页第七十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。Fourier变换：幅度谱变换：幅度谱幅

40、度谱原图象第73页/共126页第七十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。vu图象表示图象表示函数图形表示函数图形表示谱的表示谱的表示第74页/共126页第七十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强：对比度调整图象增强：对比度调整第75页/共126页第七十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强实例：图象增强实例：第76页/共126页第七十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强实例：图象增强实例：第77页/共126页第七十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强实例：图象增强实例：第78页/共126页第七十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。伪彩色处理效果伪彩色处理效果第79

41、页/共126页第八十页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强：滤波图象增强：滤波n n对图象滤波，达到消除图象中的噪声或者增强边缘等提高图象质量，有利于操作者的观察。n n采用图象滤波处理往往能有效地改善图象的视觉效果。第80页/共126页第八十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强：空间域中值图象增强：空间域中值滤波滤波第81页/共126页第八十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强：自适应加权中值滤波图象增强：自适应加权中值滤波原始图象结果图象结果图象第82页/共126页第八十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。滤波方法的比较滤波方法的比较(c)AWMF(b)MEDIAN(a

42、)原图第83页/共126页第八十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象增强：频域滤波图象增强：频域滤波n n高通滤波n n低通滤波第84页/共126页第八十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。边缘检测：边缘检测：什么是边缘什么是边缘？A(x)A(x)A(x)A(x)xxxx第85页/共126页第八十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。显微图象的边缘检测显微图象的边缘检测第86页/共126页第八十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。比较比较第87页/共126页第八十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。轮廓提取结果轮廓提取结果(A1)(A2)(A3)(A4)(A5)(A6)(A7)(B1)(B2

43、)(B3)(B5)(B6)(B4)(B7)(C)（A1）原始旋转扫描超声图；（A2）自适应加权滤波后的A1；（A3）A1的二值图；（A4）形态学滤波后的A3；（A5）初始轮廓；（A6）初始轮廓在原图A1中的位置；（A7）A1的最终轮廓；（B1）插值后的超声图；（B2）自适应加权滤波后的B1；（B3）B1的二值图；（B4）形态学滤波后的B3；（B5）B1的初始轮廓；（B6）初始轮廓在原图B1中的位置；（B7）B1的最终轮廓；（C）原始旋转扫描超声图A1在自适应 加权滤波后的Sobel梯度图第88页/共126页第八十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象压缩图象压缩（Compression）So

44、urce Image(640 x480 pixels)Decompressed at CR=240:1第89页/共126页第九十页，编辑于星期二：四点 二十四分。医学图象编码与压缩的目的医学图象编码与压缩的目的n n矛盾：n n图象的数据量巨大n n图象数据存储和传输能力有限第90页/共126页第九十一页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象数据量图象数据量一幅图象（位）一幅图象（位）图象数图象数/检查检查 文件文件/检查检查 核医学（核医学（NM）128*128*12 30-60 1-2MB 磁共振成象（磁共振成象（MRI）256*256*12 60 8MB 超声（超声（US）512*512*

45、8 20-230 5-60MB 数字减影血管造影数字减影血管造影（DSA）512*512*8 15-40 4-10MB 计算机断层扫描计算机断层扫描（CT）512*512*12 40 20MB 计算机放射成象计算机放射成象（CR）2048*2048*12 2 16MB 数字化数字化X射线摄影射线摄影 2048*2048*12 2 16MB 数字化数字化X射线乳腺摄影射线乳腺摄影 4096*4096*12 4 128MB 第91页/共126页第九十二页，编辑于星期二：四点 二十四分。分割的主要方法分割的主要方法n n基于门限化的方法n n基于边缘检测的方法n n基于象素分类的方法n n基于人工神

46、经网络的方法n n基于模糊集理论的方法n n基于多分辨率分析的方法n n第92页/共126页第九十三页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：阈值分割TA(x,y)第93页/共126页第九十四页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：边缘提取图象分割：边缘提取第94页/共126页第九十五页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：图象分割：交互分割交互分割n n二维分割二维分割是对一个个的切片单独分割，将这些分割结是对一个个的切片单独分割，将这些分割结果组合起来得到三维的分割结果。果组合起来得到三维的分割结果。n n三维分割三维分割是将所有切片图象数据看作一个整体，由操是将所有切片图象数据

47、看作一个整体，由操作者给出初始区域（一般是欲分出的区域中的小块，作者给出初始区域（一般是欲分出的区域中的小块，或欲分出的区域的一些边界点）后，直接在三维空间或欲分出的区域的一些边界点）后，直接在三维空间中用模糊分割等方式进行分割。中用模糊分割等方式进行分割。n n交互式区域分割交互式区域分割是在操作者的干预下，利用同一区域内图象象素是在操作者的干预下，利用同一区域内图象象素在灰度值上的某种一致性，以及同一区域内图象象素在空间上的在灰度值上的某种一致性，以及同一区域内图象象素在空间上的连续性等等信息来分出区域。它又有三维分割和二维切片分割两连续性等等信息来分出区域。它又有三维分割和二维切片分割两

48、种方式。种方式。第95页/共126页第九十六页，编辑于星期二：四点 二十四分。交互分割示例第96页/共126页第九十七页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割图象分割：双特征分割：双特征分割n n对于MRI图象，由于多谱图象（T1加权象、T2加权象、质子加权象）具有多参数特性，利用不同加权象提供的信息，系统提供了基于双特征的分割方法，可以获得满意的分割结果。第97页/共126页第九十八页，编辑于星期二：四点 二十四分。双特征分割示例双特征分割示例第98页/共126页第九十九页，编辑于星期二：四点 二十四分。基于基于“模糊连接模糊连接”分割分割的示例的示例 第99页/共126页第一百页，编辑于

49、星期二：四点 二十四分。图象分割：灰度剪裁图象分割：灰度剪裁第100页/共126页第一百零一页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：MRI图象图象第101页/共126页第一百零二页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：细胞显微图象细胞显微图象第102页/共126页第一百零三页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：结合纹理第103页/共126页第一百零四页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：滤波后进行图象分割：滤波后进行(a)原图(b)经中值滤波处理(c)经AWMF滤波处理第104页/共126页第一百零五页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分割：三维重建第105页/共126页

50、第一百零六页，编辑于星期二：四点 二十四分。图象分类n n对输入的图象数据进行聚类分析，将图象分成诸如背景，软组织，骨骼等各种不同的类，以便在三维体显示中能辨别不同的类。n n图象分类可为三维体显示提供参数的。第106页/共126页第一百零七页，编辑于星期二：四点 二十四分。配准配准n n配准是当把两个或多个现有的图象表示进行符合时所需要的一个处理过程，被配准的对象可以是来自不同时间、不同传感器、不同目标的图象。图象匹配的目的是确定两个图象数据集之间的几何变换关系。第107页/共126页第一百零八页，编辑于星期二：四点 二十四分。配准与融合配准与融合n n将多种不同成象模态提供的信息联合起来将