医学图像处理1213医学影像成像

其数理原理为，当单能窄束的X线I通过如图6-7所示的组织时，X线出射 强度为I1，则I与I1之间服从指数衰减规律：
I1 Ie

B d B T dT
ln I1 ln I B d B T dT
式中，、分别为骨和软组织的线性吸收系数，dB、dT分别是骨和软组 织的厚度，这时血管被包含在软组织中。当血管中注入碘对比剂时，出 射I2为：
•扫描参数： TR=4.3毫秒/TE=1.4毫秒/35度 FA/62KHz BW/FOV=42厘米/ 0.75Ph.FOV
•40层/4毫米/Zipx2/72sl.recon./ 256x192
USI 超声成像
机械波 需要传输介质 在不同介质内传输速度不同
超声诊断种类
超声示波法（Ａ型，Amplitude mode) 二维超声显像法（B型，Brightness mode) 超声光点扫描法（Ｍ型，Motion type) 超声频移诊断法（D型，Doppler type)
DICOM
Concept
在未来，一个成功的医 疗机构应该能够在整个 医院范围内对电子化的 病人信息和图像进行有 效地管理和传输。从而 改善医院的工作流程， 例如远程医疗、面对特 定设备的mini-PACS， 以及企业级的大型网络 工程。
压力-功能工具 •在线的可视化工具
•静息状态与有压力时 的实时对比 •Rest / Stress visualized simultaneously in real-time
•实时监测 （acq/recon/display） •无门控 •10-20 fps
•3个位置；每个位置14秒，变换位置用5秒 •注射一支Gad.，30ml，0.8ml/s
图像质量参数 分辨率 噪声 对比度
Key Landmark or Reference Sites:
A：Cortical margin B：Trabecular structure C：Soft tissue D：Radial Fracture
相关影像技术
数字化
性能提升 CAD PACS
X线成像 普通X线成像 数字X线成像
X线摄影（平片）透视
伦琴因发现X射线获得 首届诺贝尔物理学奖。
数字X线成像
CR DR DSA
计算机（X线）摄影 数字（X线）摄影 数字减影血管造影
数字影像与模拟影像
成像类型：
数字 模拟 成像特点： 一次采集，多重成像 一次采集，固定不变 存储与传输方式： 无胶片化，软性传输 硬性存储与传输

红外光的应用——红外测温仪
红外光的应用——红外望远镜
医学红外摄影
红外热图
正常人头部远红外热图
正常的人体上部远红外热像， 锁骨处及淋巴处代谢旺盛， 出现正常均匀的热区，两乳 正常温度微低
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。
医学图像的识别
基础（基于图像的理解与认识）
单层
旋转一 周一幅 图象
多层 旋转一 周四幅 图象
常用的重建算法
二维傅利叶变换法（中心切片理论） 普通反投影 反投影法 平行线束 滤波反投影 去伪影 重建 （雷登变换）扇形线束 卷积反投影 投影重建 迭代法（数值迭代） 拟和逼近法（算术拟和）
MRI 核磁共振成像
放射学 放射影像 辐射损伤
方法和工具（图像后处理、处理、分析）
对比度增强 直方图改善
平滑处理
边缘增强 。。。。。。
PA Chest - Raw & Processed
Raw Digital Image
Processed Digital Image
Soft Tissue Look
Bone Look
数字化
High Contrast
Invert & Zoom
CAD (Computer aided detection)
VS
CAD (computer aided diagnosis)
What is CAD?
Computer-aided
detection (CAD) refers to sophisticated pattern recognition software radiologists use to help them read medical images. This software identifies features on medical images and brings them to the attention of the radiologist in order to decrease false negative readings. It does not replace the imaging technology; rather it is an interpretive aid to be used during image review.

光谱
红外光的历史
“红外”一词最早出现在1880年阿贝尼的文章中。 1870年兰利制成了面积只有针孔那样大小的探测 器并用凹面反射光栅、岩盐及氟化物棱镜来提高 测量色散的能力。这为红外应用的重要方面—— 航空摄影奠定了基础。 1888年麦洛尼用比较灵敏的热电堆改进了赫胥耳 的探测和测量方法，为红外技术奠定了基础。 采用近红外摄影始于1904年，时至今日，红外摄 影已广泛地应用于工业、医学、军事等很多部门。
显微镜的发展
胡克的显微镜
列文虎克的显微镜
显微镜的发展
——光学显微镜
显微镜的发展
——透射电镜
显微镜的发展
——扫描电镜
显微镜的发展
——电镜图片
显微镜的发展
——扫描隧道显微镜
显微镜的发展
——STM图片
显微镜的发展
——STM图片
由单个原子构成 的“IBM”
硬式内镜阶段（1806～1932）
图像成像
06研究生版
医学成像技术的分类
生物体微观结构 生物医学显微图像学（BMMI）

人体宏观解剖结构及功能 现代医学影像学（MMI） X线成像 磁共振成像 超声成像 核素成像 光学成像 红外、微波成像
X线成像（平片、透视）
数字X线成像（CR、DR、DSA）
X-CT成像 MRI成像 US成像 RNI成像
Doppler 超声诊断法（PW CW) 彩色Doppler超声 （CDFI ) 彩色Doppler能量图 (CDE)
超声造影
RNI 放射性核素显像
PET
PET-CT图示
PET
SPECT图像-心脏
SPECT图像-骨骼
显微图像
噬菌体
显微图像
螺旋菌 (光学显微境下)
螺旋菌 (电子显微镜下)
•无需屏气
•20分钟检查
数据分析包
•在线的定量 和定性分析
•常见的“牛 眼”显示 •提供报告
心室功能-室壁的运动
•4-16秒的屏气
•全R-R间期
•高度现时分辨 率 •使用多-画面工 具软件可以同时 观察多达20个画 面
肥厚性心肌病的心 脏动能学本图片由 NHLBI提供。
•快速心脏采集 （FASTCARD） 标 记 •1毫米标记分辨率 •需一次屏气的检查 •中隔壁没有收缩提 示中隔梗塞
部分组织影像质量低
断层单一
MRI
多层面成像 软组织成像效果好 无X线辐射
Signa EXCITE HD 3.0T Picture the impossible. Signa EXCITE HD 3.0T - High Definition MR imaging, only from GE.
半屈至今）
微型内窥镜
最新型的M2A微型内窥镜，可以像药丸一样服下
红外图像
地面10米望远镜用7种波长观测的彗木碰撞后的红外图像
红外光的历史
1800年，当赫胥耳利用牛顿的太阳光谱色散实验 时，他发现有些玻璃滤色镜可以衰减光，但热却 仍然能通过，而另一些玻璃滤色镜则能够减少热 并且也透过光。经过一系列的试验，赫胥耳终于 发现了红外光。 1835年安培宣告了光和热射线的同一性。在这以 后大量研究表明热射线都具有光线的基本性质。 通常取可见光谱中红光末端为760毫微米，比它 长的光就是红外光，或称为热射线。
CAD
CAD
•CAD对乳腺微小化 的检 测灵敏度为 100%（伪阳性数： 0.57/image)； 肿 瘤检测灵敏度为58%
PACS
CT MRI RNI USI X-RAY DR
存储单元
处理单元
影像科
临床科室
网络中心
行政部门 显示单元
外部端口
CR
中心控制
PACS
PACS
PACS
影像通过无 线网络的传输 每幅图像(8 Mbytes) 低于1分钟的传输时 间 可传输100,000 幅图 像数据 减少回调，在线阅 读 专家会诊
Picture of Eagle System
间接转换数字探测器X线系统（C型臂）
数字减影血管造影

时间减影 时间减影是在对比剂注入前，或刚注 入对比剂，血管对比剂浓度最低时，摄取组织影 像，将影像存入系统存储器中，以备后用，这幅 影像也叫蒙片（mask）。然后再在血管中对比剂 浓度达到最高时，摄取同一组织影像。将该影像 与蒙片经影像增强、摄影机扫描和图像的采样、 量化，获得2幅数字化图像，对其进行减运算。由 于其他组织两幅影像上密度没有变化而被减掉， 血管影像前后密度差较大，相减后仍存有信息， 因此被突出出来。
GE EXCITE systems partnered with HD technology and exclusive GE Advanced Applications provide the clarity and detail to see what you never saw before. Now with EXCITE HD, you can image and diagnose your most challenging patients.

也就是说，减影后的X线强度只与血管中填充的对比剂的厚度成正比， 与骨和软组织的结构无关。即减影图像中，消掉了软组织和骨骼的影像， 保留了血管造影后的影像。
X-CT X线计算机断层成像
CT成像过程
5.
螺旋扫描方式
单层
旋转一 周一幅 图象 多层
旋转一 周四幅 图象
64 MSCT
螺旋扫描方式
I 2 Ie
Bd B T dT d I I d I
ln I 2 ln I B d B T dT d I I d I

式中，、dI分别是碘对比剂的线性吸收系数和厚度。注入对比剂的前后 出射X线之差为：
I ln I1 ln I 2 T I d I
High Contrast
Invert & Zoom
3D Fusion from CT and MR
MR
CT
腰椎椎体及附件骨折遮盖容积(SVD)
成像系统的评价
评价：系统性能的高低
图像质量的好坏 成像应用范围的宽窄 对人体的损伤程度（安全性） 性价比
评价手段
系统评价函数 MTF DQE ROC
心肌壁成像：心肌壁的脂肪渗透
双快速反转恢复（IR） 快速自旋回波（FSE）
三快速反转恢复（IR） 快速自旋回波（FSE）
1.5T Signa CV/I 压力动态增强心肌扫描
•0.10mmol/kg Gd 造影剂 •10*2.8*2.8 mm voxels
•130 毫秒采样 时间
•6-8locs/2*RR 间期在 120+bpm