医学影像成像原理

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密度分辨率高 对低对比度物体具有良好检测能 力。
图像后处理能力强 通过计算机对原始数据进行 处理。
图像储存方便 储存容量大,高保真,便于传输、 调阅、拷贝。
模拟影像与数字影像
所谓模拟影像,是以一种直观的物理量来连续地、 形象地表现出另一种物理特性的图案。它的特点 是:连续、直观、获取方便。图像表现具有概观 性与实时动态获取等特点。但模拟影像重复性较 差,一旦成像无法再改变或进行后处理;灰阶动 态范围小。
黑白图像两个基本要素 灰度——构成图像至少两个灰度 空间位置——构成图像至少两个空间位置
彩色图像三个基本要素 亮度 空间位置 色彩——色调、饱和度
活动图像四个基本要素 亮度 空间位置 色彩——色调、饱和度 时间
图像的表示方法
黑白图像
二维或三维,以灰度反映客观景物。
彩色图像
真彩色图像 图像色彩与景物色彩完全一致
5. 图像的输出与显示
硬拷贝:照相、激光拷贝、彩色喷墨打印等 软拷贝: CRT显示器、液晶显示器(LCD)、场致发
光显示器(FED)
医学图象处理及研究内容
一、超声图象 分为回波法和多普勒法两大类 回波法是利用超声波在两种声阻抗不同的物质界
面处的反射来检测脏器的构造及其运动的。
界面:两个介质的分界面
彩色三要素 亮度:是指彩色光作用于人眼引起的明暗
程度的感觉。 色调:指彩色光的颜色类别。 饱和度:是指颜色的深浅程度。
三基色原理
绿




品红
自然界中一切彩色都可以分解成红、绿、蓝三种 独立色。
用红、绿、蓝可以按不同比例配成自然界中不同 的颜色。
像素
组成图像的细小(基本)单元称为像素
图像处理技术综合性强 在数字图像处理中涉及的基础知识和专业技术相 当广泛:通信技术、计算机技术、电子技术、电 视技术,以及数学、物理学等方面的基础加识。
数字图像处理的主要方法及主要内容
一、数字图像处理方法 1.空域法 把图像看作是平面中各个像素组成的集合,然后 直接对二维函数进行相应的处理。
多普勒法是利用运动物体反射的超声波多普勒 效应来检测运动物体的速度及方向的。
在声源与观察者作相对运动时,声波密 集,频率增高;在背向运动时声波疏散,频 率减低,这种引起声波频率变化的现象为多 普勒效应。
探头工作时,换 能器发出超声波,由 运动着的红细胞发出 散射回波,再由接收 换能器接收此回波。
人体组织中大量存在氢原子核(H)或称质子,具有自旋 及磁矩的物理性能。在外加磁场的作用下,质子以一种特 定方式绕磁场方向旋转。在经受一个频率与质子自旋频率 相同的射频脉冲激发,便引起质子共振,即所谓核磁共振, 并发生质子相位与能级变化。在射频脉冲停止激发后,质 子的相位和能级又由非平衡状态转入平衡状态。亦即由激 发后状态转变为激发前状态。这个过程称为弛豫过程,经 历的时间称为弛豫时间(T1和T2)。这些能级变化和相 位变化所产生的信号均能为位于身体附近的接受器所测得, 经过电子计算机的运算处理转变成图像。
红外热图
静脉曲张患者的腿部远红外热像,血管明显增温、 增粗,箭头所指处尤为明显。
2. 显微医学图象系统
显微镜+电视摄象机Βιβλιοθήκη Baidu计算机图象处理系统 (1)血细胞分类研究 (2)染色体分类研究 (3)癌细胞识别研究 (4)微循环研究 (5)眼科检验仪器:眼底照相机,验光仪
显微医学图象
3. 电子显微镜电视图象系统
可视化女体: CT:轴向分辨率1mm,共1730幅 解剖切片:轴向分辨率0.33mm,共5189幅
头部
胸部
由CT图象分割出的骨骼,并可视化 (立体成像,任意角度旋转显示)
计算机绘画
影响失真度的因素
①焦-体距:越大,放大越小。 ②体-片距:越小,放大越小。 ③被照部位的摆放:被照部位的长轴应尽量与胶片
平面平行,以减小变形。 ④焦点与被照体的相对位置:将被照体置于焦点的
正下方,可以减小歪斜失真。
数字X线成像概述
PACS
线 源
人 体
模 拟 信 号

A/D
算 机
D/A
图 像 显 示
X
储 存 器
数字X摄影系统的基本过程示意图
数字X线成像特点
辐射量小 对X线能量利用率高,量子检出效率达 60%以上。
数字图象处理就是利用计算机系统对数字图象进 行的具有各种目的的处理。
数字图象处理也离不开模拟技术,为实现人-机 对话和自然的人机接口,持别需要人去参与观察 和判断的情况下,模拟图像处理技术是必不可少 的。
什么是医学图象处理
医学图象处理就是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。
伪彩色图像 人为编制彩色序列与原图像特征成 定量对应关系。
假彩色图像 人为地赋予图像色彩,与原图像特 征无定量关系。
函数形式图像
函数形式图像 I(x,y,z,t,λ,…..) 便于书写,无图像直观性
数字形式图像
便于传输、保存,抗干扰性强,无直观性,需数模转换显示图像。
点阵采样
什么是数字图象处理
LOGO
医学影像成像原理
第二章 数字图像基础
人眼的光亮感觉 780~380nm 可见光
人眼的视敏特性
人眼最敏感的光波长为555 nm, 颜色是草绿色, 这一区域颜色, 人眼看起来省力, 不易疲劳。
人眼的亮度感觉
人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别 在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观亮度 感觉。 人眼的亮度感觉特点:
X线断层摄影技术
X线CT技术
X光数字减影 X光机+造影剂+计算机数字图象系统
(1)传统X光及X光负片,医生肉眼观察
X线管
荧光屏
(2) 影像增强器 , 暗室操作明室操作 ,数字存储(图象冻结)。
数字化仪
X线管
影像增强器
监视器
摄象机
(3) X光机向数字X光机发展
录象机
三、磁共振成像MRI
四、核医学成像系统
将放射性同位素(RI)作为示踪物质,直接注入人体, 并在体外用测定器对它的分布、聚集、变化等进行测定记 录,所得的图象即为核医学图象。
核医学图象特长:首先,由于可以选择对特定脏器的 生理作用有关连的放射性药物,因而可对不同的脏器做图 象观察和分析研究,即有做选择性造影的能力;其次,由 于放射性药物可以有不同的寿命,因而有可能对放射性物 质在体内的活动进行长时间的观察,从而有可能测定体内 各脏器的摄取、排泄、循环以及代谢等机能,即具有动态 机能测定的能力,这些重大特长都是其它医学图象所不具 有的。
(6)超声多普勒组织成象(DTI)
系统控制
多普勒信号
增益调节器
DFI
高通滤波器
信号选择
自相关
DTI
彩色监视器
数模转换
彩色编码
数字扫描转换
速度测量
多普勒组织成像流程图(DFI:彩色多普勒血流成 像,DTI:多普勒组织成像)
二、X射线图象
X线图象建立在当X线透过人体时,各种 脏器与组织对X线的不同吸收程度的基础上,因 而在接收端将得到不同的射线强度。接收端射线 强度的变化,如被记录在底片上就变成灰度的变 化,如通过影象增强管,则就变成了辉度的变化。
5. PACS系统
PACS系统=医学图象数据库+Internet
6. 数字人体
(1)1988年,日本东京慈愚会医科大学医学 工程室
男女各一,健康青年人,全身每15mm做一 幅MRI图象,各120幅图象。
a)任意角度断面像; b)全身及部分立体像,任意角度观察
(2)1991年,美国国家医学图书馆(NLM)可视化人体项目 男女各一,尸体 可视化男体: CT:轴向分辨率1mm,共1871幅 解剖切片:轴向分辨率1mm,共1871幅
电子显微镜+电视摄象机+计算机图象处理系统 专门研究细胞结构
4. 内窥镜电视图象系统
内窥镜+电视摄象机+计算机图象处理系统
光导纤维 导光孔道 照明光源 彩色监视器


计算机图象处理系统
物镜 CCD摄象机 光导纤维 导象孔道
导线
录象机
电子内窥镜电视图象系统示意图
微型内窥镜
M2A微型内窥镜的内部结构:1、光学圆盖 2、透镜固定环 3、 透镜 4、照明发光二极管 5、互补金属氧化物半导体成像器 6、电池 7、专用集成电路 8、天线
声阻差:两个介质声阻抗 的差值
利用回波法成象可以有多种方法 A型是显示一束超声波及其回波的距离和幅值(强 度),这种方式不利于图象显示。
把回波的强度用显示光点的辉度来表示即B型显 示。B型显示中每一射束超声波及其回波与图象 中的一行相对应,所以特别有利于形成图象。
不改变超声波束的方向,把各次超声发射的回波 对时间展开构成图象,即成M型超声图象,M型 超声图象常用来观察脏器的运动。
医学图像处理的意义
图象是人们从客观世界获取信息的重要来源 视觉信息占60%-70%。
图像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。可成像的射线有: γ射线 X射线 紫外线 红外线 微波
利用图像处理技术把这些不可见射线转换成可见 图像,大大延伸了医生视觉器官的功能,扩大了 诊断范围。
对比度
对比度是客观景物最大亮度Bmax与最小亮 度Bmin之比。
K Bmax B min
灰阶
灰阶是亮度的级差或亮度层次,它反映图 像明、暗层次的程度。
分辨力
分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。

d L
分辨力测试的方法
人眼对活动图像的分辨力低于对静止图像的分辨力
视觉暂留(视觉惰性)
2.变换域法 首先对图像进行正交变换,得到变换域系数阵列, 然后在施行各种处理,处理后再反变换到空间域, 得到处理结果。包括:滤波、数据压缩、特征提 取等处理。
二、数字图像处理主要内容
图像信息的获取、图像信息的存储、图象信息的 传送、图像信息处理;图像信息的输出和显示。
1.图象获取 包括摄取图像、光电转换及数字化等 方法有如下几种:电视摄像机、飞点扫描器、扫 描鼓、扫描仪、显微光密度计、遥感常用图像获 取
放射性同位素扫描仪 相机:伪彩色成像,诊断脏器的机能 正电子CT(PET) 单光子CT(SPECT)
二 维成像 二 、三维成像
PET
五、其它医学图象研究
1. 红外热像仪
红外摄象机
图象采集卡 计算机
彩色监视器
(1)用于诊断乳腺癌、甲状腺及浅表肿瘤; (2)安装在眼底照相机上,研究眼底血液循环; (3)人体运动检测,运动员训练。
2.图象存储 磁带、磁盘或光盘。为解决海量存储问题,主要 研究数据压缩、图像格式和图像数据库技术等。
3 .图像传输 内部传送多采用DMA(Direct Memory Access)技术 外部远距离传送主要解决占用带宽
4.图像处理 几何处理、算术处理、图象增强、图像复 原、图象重建、图像编码、图像识别和图 象理解
所谓数字影像,指的是完全以一种有规则的数字 量的集合来表现的物理图像。数字影像的特点是: 灰阶动态范围大;密度分辩率相对较高;线性好; 层次丰富;可进行后处理;辐射剂量小。
模拟影像与数字影像实质上的区别
1、成像类型:一个是模拟,一个是数字; 2、成像特点:一个是一次采集,固定不变;一个 是一次采集,多重成像。 3、存储与传输方式: 一个是硬性存储与传输;一 个是无胶片化,软性传输。
人眼的主观亮度感觉与客观光的亮度是不同步的。 当一定强度的光突然作用于视网膜时, 不能在瞬 间形成稳定的主观亮度感觉, 而是按近似指数规 律上升; 当亮度突然消失后, 人眼的亮度感觉并 不立即消失, 而是按近似指数规律下降。 人眼的 亮度感觉总是滞后于实际亮度的, 这一特性称为 视觉惰性或视觉暂留。视觉暂留时间0.05~0.2s
数字图象的表示
f (x,y) X、y代表空间坐标,函数值f代表该点的灰度
格栅化
x
像素
y
矩阵
层 次
对 比 度
清晰度:被发现的细节图像
清 晰 度
清 晰 度
清 晰 度
清 晰 度
清 晰 度
清 晰 度
数字图象处理的特点
图像信息量大 一幅图像可看成是由图像矩阵中的像素(pixel)组 成的,每个像素的灰度级一般采用8bit(灰度图象), 高精度的可用12或16bit。一 般分辨率的图像像 素数为256×256、512×512,高分辨率图像像 素数可达1024×1024或2048×2048。
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