医学影像处理概述与发展历史

•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
MRI 心血管成像
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
MR功能成像（fMRI）
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
MR弥散成像
早期脑梗塞 MR诊断
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欢迎指教，谢谢！
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Conventional Surgery: See the surface
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核医学成像 ECT
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核医学成像 nuclear medical Imaging
1、利用衰变时放射单一γ射线的放射性核素作为 标记的单光子发射断层扫描(SPECT)； Single Photon Emission Computed Tomography. 2、利用衰变时放出电子的放射性核素作为标记 的正电子发射断层扫描 (PET)。
• • • • •
• • • •
最老的非侵入性的内在结构成像; 迅速的, 短曝光时间,廉价的; 不能辨别头、腹部的软组织; 实时的 X光成像能用于介入性的手术; 电离辐射:长期大量接触有致癌的危险。
Oldest non-invasive imaging of internal structures Rapid, short exposure time, inexpensive Unable to distinguish between soft tissues in head, abdomen Real time X-ray imaging is possible and used during interventional procedures. • Ionizing radiation: risk of cancer.
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医学影像设备分类
X线机
US
红 外 线 成 像
CT MRI
内窥镜
荧光显微 DSA ECT
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X 线 片
CT片
ECT:
MRI
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
CT、ECT、DSA联用
早期诊断脑梗塞，早期溶拴治疗
治疗前
治疗后
发病后20小时 溶拴治疗后
发病后1.5小时
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
• • • • • 靜止磁场的自旋运动无法在外測出來 必須加一磁场使之运动改变 此一磁场必須能控制其开关的时间 射频 (无线电电波) 为自旋运动 的橫向磁场
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磁共振成像的信号检测 Detected Signal in MRI
线圈
Coils
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MRI
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
磁共振成像的特点 Features of MRI
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用途和特点 Variety of Applications
> > > > 便携 Portable 价格低 Low-Cost 安全 Safe 实时 Real-Time
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Cardiac
Kidney
Liver
> > > >
Obstetrics
Vascular
2D
3D
4D
3D imaging in real-time
Image Guided Surgery: See under the surface
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Visualizing the surgical site
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Surgical navigation
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颈动脉 Carotids
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骨骼
Skeletal
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胸部 Thoracic
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心血管 Cardiac CTA 4 slice versus a 16 slice CT
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CT (Computed Tomography)
计算机断层摄影术
肝脏和胃的横断平面 CT 图像
CT 扫描投射成像
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CT 如何工作
Computer Tomography:How It Works
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Fan-Beam Computer Tomography
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扫描、数据采集
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手的 X光图像
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X-ray Image of Hand
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SARS的胸片表现
What is it?
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X光成像: 如何工作
X-ray Imaging: How it works.
一个物体的X光投影 图像
投影的强弱取决于物体成分和厚度。
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小结: X光成像
Summary: X-ray Imaging
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磁共振功能成像
Functional Magnetic Resonance Imaging
Plane 3
Plane 6
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显示的是什么？
What Is It?
• 16层脑部横断面实验图象中的两层. • 是解剖的扫描图像 (灰色) 和功能扫描(彩 色的)的合成图像。 • Plane 3 显示视觉皮层功能活动区(底部) • Plane 6显示语言功能活动区(图像右边).
CT 灌注成像 Perfusion
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
早期股骨头 缺血性坏死 影像综合诊断
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
CT三维成像
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CT 三维成像 3D Rendering
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
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Bronchoscopy
Heart rate ~ 115bpm ?
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CTA Run-off
52 Seconds 914 slices 1.9 Tbytes
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PET/CT的发展历史
• • • • • • • • 1953年 正电子探测脑肿瘤 1963年 发射断层 1973年 Hounsfield发明CT 1976年 PET用于临床 1991年 螺旋CT问世 1995年 Townsend研制PET/CT 2000年 PET/CT在北美放射学会问世 2001年 PET/CT用于临床
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解剖结构比较 Anatomy Comparison
CT
T1 MRI
T2 MRI
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MR 小结 Magnetic Resonance Summary
• • • • •
• • • • •
没有电离辐射 (安全) 任意断面成像 多种成像方式 (T1，T2,水，流体,神经的活动) 成像速度慢 价格贵
Positron Emission Tomography
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成像步骤
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Ring of Photon Detectors
Detect Pairs of Back-to-Back 511 keV Photons 51
ECT
通过图像重建显示注入人体 内的放射性核素的分布，我 们获得的不仅是人体内脏器 官的轮廓和形态，而且是脏 器功能和血液流量的变化， 以及代谢物质在体内或细胞 内吸收、分布、排泄、转移 等多方面的信息。
• 没有电离辐射–期望没有任何的远期或近期的有 害效应 • 多对比机制: 组织之间的对比决定于脉冲序列 • 也能产生投影图像。 • 与X光成像相比成像速度慢,价格贵.
• No ionizing radiation – expected to not have any long-term or short-term harmful effects • Many contrast mechanisms: contrast between tissues is determined by pulse sequences • Can produce sectional as well as projection images. • Slower and more expensive than X-ray
No ionizing radiation (safe) Tomography at arbitrary angle Many imaging modes (water, T1, T2, flow, neural activity) Slow Expensive
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CT、MRI成像特点比较
• CT：物质的密度结构成像。
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有什么用处?
• 这种成像是脑功能研究的一部分. • 脑功能成像最先应用于脑外科手术,用来确定运 动区、语言区结构,将癫痫病灶切除.
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磁共振成像信号来源
MRI Signal Source
原子核的自旋和磁矩 • H 只含有一个质子
磁矩
• 质子帶有电荷 ,并且不断旋转
• 电流 I 与环形电流形成的面积
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磁共振成像信号来源
MRI Signal Source
拉莫 ( Larmor ) 频率： ω=γ·B0 For hydrogen, the Larmour frequency is 42.6 MHz per Tesla.
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磁共振成像信号来源
MRI Signal Source
加入另一个磁场 (射频脉冲)
医学影像处理概述与发展历史
• • • • 医学影像实例 （分类） 各种医学影像成像原理简介 各种医学影像的主要用途 北大深圳医院日常诊疗中的应用
1
医学影像实例
Examples of Medical Images
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问题
• 图像显示的是什么? • 什么是好图像? • 如何成像?
Questions
• What does the image show? • What good is it? • How is it made?
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•北京大学深圳医院日常诊疗中的应用
毒品海洛因和摇头丸的研究
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PET Images of Cancer
Brain
Heart
Bladder
治疗后的肿瘤 在边缘复发
转移瘤
绿箭头所示
器官的正常摄取
蓝箭头所示
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CT与PET比较
CT 透射断层 TCT X 射线 空间分辨<1mm 图像重建 解剖 PET 发射断层 ECT γ 射线 空间分辨<5mm 图像重建 功能
Path
View
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Colonoscopy
Path
View
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光学内窥镜与CT仿真内窥镜比较 Comparison
息肉 光学内窥镜所见
CT仿真内窥镜所见
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Left: A polyp seen with optical endoscopy. Right: View in virtual endoscopy.
S的乘积，称为环形电流的磁
矩，用μ 表示：
μ =I·S
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磁共振成像信号来源
MRI Signal Source
人体磁场的状况
•
氢原子核不规则排列
•
质子的磁力互相抵消，不显示磁性
– 保持体內磁场平衡
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磁共振成像信号来源
MRI Signal Source
外加磁场的影响
• 氢原子核整齐排列
– 人体产生磁场
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PET / CT 同机融合
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HawkEye的功能解剖融合图像
(Functional Anatomic Mapping，FAM)
SPECT/PET
衰减校正
同机 图像融合
CT
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First Installation in Zurich March
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PET/CT的特点
• CT与PET硬件、软件同机融合 • 解剖图像与功能图像同机融合 • 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 • 可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程 • 高灵敏度、高特异性、高准确性
体模 Phantom (128x128)
Sinogram
t f P(t)
f
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反投影重建图像 Reconstruction from projections
From 8 to 256 projections
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反投影成像
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CT检查及其图像
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X线CT 小结
Summary of X-Ray CT • CT 能显示很小的密度差,例如:脑的灰质、白 质. CT 能发现和诊断X光片不能看到的疾病. • 比X光拍片贵得多,空间分别率低. • 电离辐射. • 横断面图像辨别有些困难
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• MRI：物质的化学成分结构成像； 生物功能成像。
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超声成像 Ultrasound Imaging
怀孕10周的双胞胎 Twin pregnancy during week 10
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超声扫描 Ultrasound Scanner
Transducer travel
Object
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Image