医学图像概论
最新医学类-医学图像处理与PACS精品课件
超声图像
Photo courtesy Philips Research
Ultrasound examination during pregnancy
超声图像
Photo courtesy Philips Research
3D ultrasound images
4、CT成像
• 随着计算机技术的发展,1972年出现了 一场医学成像技术的革命。英国工程 师Hounsfield因研制成功第一台头部扫 描CT,并于1979年获得了诺贝尔医学生 物学奖。这是在诺贝尔奖的历史上第 一次由工程技术人员获奖。由此可见 CT对整个世界的影响。
X-Ray Tube
Low Radiation / Low Noise Region
Display
Flickering Board
Image enhancement
Lens
CCD
Raw data capturing
35
Mammography 乳腺摄影术
Benign lesion - Fibroadenoma
3、超声成像
X线对人体健康是有害的,在第二次世界大战时期发展 起来的雷达和声纳的基础上,应用超声脉冲反射原理 发展了各种超声成像技术。
超声可以探查出非常细微的病变组织,是X线摄影的有 力补充。超声成像也是除了X线以外使用最为广泛的医 学成像工具。超声成像依据的是脉冲-回波技术,这个 技术和雷达技术相似。
正式出版 – 参考文献:冈萨雷斯<数字图像处理>
• 对本课程的基本要求:
– 按时上课,有事请假 – 认真听讲,遵守课堂纪律 – 按时完成作业 – 通过网络查阅相关资料
• 在授课过程中,同学可就授课过程中存在的问题随 时向老师提出.
第2章 医学图像基础(2.1-2.5)
1 4 8 24
颜色表项数
2 16 256 0
说 明
像素值为0时，使用第一项颜色，为1时使用第二 项颜色, 若点阵位图数据中某个字节为0X1F，则该字节 代表2个像素，第一个像素用第2项颜色，第二个 像素用第16项 点阵位图中每一字节表示一个像素 无颜色表。位图数据中三个字节表示一个像素的 红、绿、蓝值
数据结构 RGBQUAD： 名 称 rgbBlue rgbGreen rgbRed rgbReserved 类 型 BYTE BYTE BYTE BYTE 说 明 像素颜色中蓝色的成分； 像素颜色中绿色的成分； 像素颜色中红色的成分； 未使用，但必须臵成0
（4）位图数据
位图数据的长度由图像尺寸、像素的位数和压缩方式等共 同决定。
s ( z L) * (sk s1 ) / W
2.4 彩色编码方法
图像的色彩在医学图像分析和应用中起着重要作用。尽管彩色图像的 色彩多种多样，它们都可分解为三种基本的成分，即可以用红（Red）、绿 （Green）、蓝（Blue）三种基色的组合表示。 对于256种色彩的图像，在图像数据集中RGB各用一个字节表示。 组织切片的光学照片数字化后就采用彩色图像数据格式，可以较真实地 反映组织特性。 CT、MRI等扫描图像本身是没有颜色的。临床扫描的医学图像多是灰度 图像，一般有256个灰度分度或更多。人的肉眼能够直接分辨的灰度等级只 有16个左右，但是人眼对色彩的微小变化较为敏感。 因此，医学上往往用人工方法给这些图像赋予一些颜色，将这些灰度图 像转换为彩色图像增强人们对图像的分辨和理解。为了与物体固有的真颜色 予以区别，这种人工色彩被称作假彩色或伪彩色。
实际尺寸可由文件头中的第二项“文件大小”减去第五项 “数据偏移值”得到。
[课件]第2次课 医学图像处理技术概论PPT
![[课件]第2次课 医学图像处理技术概论PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/8d5720f53186bceb19e8bbb3.png)
⑥图像隐藏
是指媒体信息的相互隐藏
• 数字水印 • 图像的信息伪装
（3）医学图像处理的主要研究内容
⑦医学图像压缩
原始图像是高度相关的，图像内的相邻像素之间具有 相似性，序列图像的前后帧具有相关性，消除这些冗余信
息就可以实现图像的压缩。
图像压缩分为无损压缩和有损压缩。 无损压缩又称可逆压缩，指解压还原后的图像和原始 图像是完全相同的，没有任何信息的丢失，一般压缩比不 高。 有损压缩，指图像压缩后通过解压无法完全恢复原始 图像，但压缩比较高。 用于诊断的医学图像通常采用无损压缩。
医学图像研究的层次
图像处理: 将一幅图像变为另一幅经过加工的图像，是图 像到图像的过程 图像分析: 将一幅图像转化为一种非图像表示，如属性等 图像理解: 将一幅图像转化为一种一个判断(识别)等
第2章 医学图像处理概论 2.1 医学图像处理的主要研究内容
2.4 数字图像的表达 2.5 图像的代数运算
2.4数字图像的表达
（2）图像像素的邻域
2.4数字图像的表达
（3）图像的直方图 直方图用来表示灰度图像中各种灰度的像素出 现的频次。利用直方图可以在一定程度上改善图像
的视觉效果。
Matlab中使用函数imhist( )生成图像文件的直
方Hale Waihona Puke 。2.4数字图像的表达（3）图像的直方图 imhist( )
行图像的代数操作，图像必须是同种数据类型，否 则要转换。MATLAB图像处理工具箱包含了一个能够 实现所有非稀疏数值矩阵的算术操作的函数集合。
2.5图像的代数运算
（1）图像的数据类
像素的坐标是整数，但像素值本身并不都是整 数。Matlab中所有的数值计算都可用double类进行 ，它是图像处理应用最常使用的数据类。 表示一个数字，
第一章 医学图像处理概论
成像原理
放射性同位素注入人体，同位素的正电子在湮 灭时发射伽马射线，经检测器阵列接收，根据接收 强度成像。 它反映活体靶组织在某一时刻的血流灌注、糖/ 氨基酸 / 核酸 / 氧代谢或受体的分布及其活性状况， 可同时给出相应的活性生理功能参数
缺点：不能反映组织和病灶的三维空间；不是数字
化的形式
二、超声成像
在第二次世界大战时期发展起来的雷达和声纳
的基础上，应用超声脉冲反射原理发展了各种超声 成像技术。
二、超声成像
超声成像是利用超声束扫描人体，通过对反射信号 的接收、处理，以获得体内器官的图象。 超声波对人体无辐射伤害。
B超只是超声波成像仪的一种，适合对人体解剖结
手术导航与术中监护
在手术过程中通过超声，MR的实时扫描反馈，在图像
的引导下进行定位。手术导航可以在无需介入的环境下，将 计算机处理的三维模型与实际手术进行定位匹配，使得医生 看到的图像既有实际图像，又叠加了图形，使有用的信息更 多，可以很好地引导医生进行进行手术。
由于计算机的介入，使得传统的外科手木可以更加精确， 对病人的损伤更加微小。可以断定，这种手术方式必将成为 未来的主流，并且已经得到国内外多家商业公司和研究机构 的关注。
MRI 特点
图像清晰 无电磁辐射损伤
对软组织具有更高的分辩率
多方向、多参数成像
无需用造影剂就能对心血管成像
不仅能显示人体解剖及其病理变化的信息，
还提供了有关器官功能性和分子水平的诊断 信息。
多参数成像
任意方位成像
高对比成像，详尽解剖信息
全身成像
多模态成像
医学图像处理概论
第一章医学图像处理概论医学图像处理是一门综合了数学、计算机科学、医学影像学等多个学科的交叉科学，是利用数学的方法和计算机这一现代化的信息处理工具，对由不同的医学影像设备产生的图像按照实际需要进行处理和加工的技术。
医学图像处理的对象主要是X射线图像，CT(Computerized Tomography)图像，MRI(Magnetic Resonance Imaging)图像，超声(Ultrasonic)图像，PET(Positron emission tomography)图像和SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)图像等。
医学图像处理的基本过程大体由以下几个步骤构成：首先，要了解待处理的对象及其特点，并按照实际需要利用数学的方法针对特定的处理对象，设计出一套切实可行的算法；其次，利用某种编程语言（C语言，Matlab或其他计算机语言）将设计好的算法编制成医学图像处理软件，最终由计算机实现对医学图像的处理；最后，利用相关理论和方法或对处理结果进行检验，以评价所设计处理方法的可靠性和实用性。
因此，要正确掌握医学图像处理技术，除了具备算法设计（高等数学基础）和计算机程序设计能力外，对所要处理的对象及其特点的了解也是非常重要的，以下就对医学影像技术的发展及相关成像技术做简要的介绍。
第一节医学影像技术的发展现代医学影像技术的发展源于德国科学家伦琴于1895年发现的X射线并由此产生的X线成像技术(Radiography)。
在发现X射线以前，医生都是靠“望、闻、问、切”等一些传统的手段对病人进行诊断。
医生主要凭经验和主观判断确定诊断结果，诊断结果的正确与否与医生的临床经验直接相关。
X射线的发现彻底改变了传统的诊断方式，它第一次无损地为人类提供了人体内部器官组织的解剖形态照片，由此引发了医学诊断技术的一场革命，从此使诊断正确率得到大幅度的提高。
至今放射诊断学仍是医学影像学中的主要内容，应用普遍。
医学图像处理重点内容
第六节 图像的三维重建与可视化
1、掌握图像三维重建的基本方法： 面绘制技术 体绘制技术
第七节 图像存储与传输系统
1、掌握图像存储与传输系统的概念 2、了解与ＰＡＣＳ相关的几个医学信息系统
图像存储与传输系统（简称ＰＡＣＳ）是应用数字成像技 术、计算机技术和网络技术，对医学图像进行采集、 存储、传输、检索、显示、诊断、输出、管理、信息处理 的综合应用系统。 医院信息系统（ＨＩＳ）放射科信息系统（ＲＩＳ）
医学图像的配准与融合 虚拟现实技术
DICOM数据通信技术
PACS系统
医学图像处理的应用
1. 辅助医生诊断 2．仿真多角度扫描 3．数字解剖模型 4．手术教学训练 5．制定手术计划 6．手术导航与术中监护…
第二节 医学图像处理基础
1、掌握图像数字化的过程：采样和量化（分别 对图像质量的影响）
2、掌握常用的图像数据格式 3、掌握灰度直方图的概念及性质 4、掌握伪彩色与假彩色的概念 5、掌握常用的体数据文件的格式（DICOM3.0）
傅里叶变换的一个最大的问题是：它的参数 都是复数，在数据的描述上相当于实数的两倍， 不易计算。为此，我们希望有一种能够达到相同 功能但数据量又不大的变换。
在此期望下，产生了DCT变换。 DCT变换系数 是实数。
图像的低频能量集中在左上角，高频能量集中在右下角。
DCT变换在图像处理中的应用
离散余弦变换实际上是傅立叶变换的实数 部分。主要用于图像的压缩，如目前的国际压缩 标准的JPEG格式中就用到了DCT变换。对大多数 图像，离散余弦变换能将大多数的信息放到较少 的系数上去，提高编码效率。
描 述 人 体 功 能 或 代 谢 的 功 能 成 像 模 式 （ Functional Imaging Modality）。比如PET正电子发射断层扫描成像、 SPECT单光子发射断层扫描成像、fMRI功能磁共振成像等。
1医学图像
医学图像
医学图像是医学领域中的重要工具，通过对人体组织、器官等进行成像和分析，帮助医生准确定诊断疾病、制定治疗方案。
医学图像包括X光片、CT扫描、MRI
等不同类型，每种都有其独特的应用场景和优势。
X光片
X光片是医学诊断中最常见的一种图像形式。
通过X射线的穿透特性，可以在
不损伤组织的情况下获取人体内部的影像。
X光片在骨折、肺部疾病等方面应用广泛，尤其在急诊情况下，X光片可以快速获取大致情况，为医生提供参考。
CT扫描
CT扫描（Computed Tomography）是通过X射线在不同角度上的拍摄，再通
过计算机处理形成横断面图像，能够提供更加精细的结构信息。
CT扫描在肿瘤检测、颅脑损伤等方面有着重要应用，在评估病变的形状、大小、位置等方面具有很高的诊断准确度。
MRI
MRI（Magnetic Resonance Imaging）利用磁场和无害的无线电波来生成人体的高清立体影像。
相比X光片和CT扫描，MRI对软组织有更好的分辨率，适用于大脑、脊椎、关节等部位的检查。
在神经系统、心血管系统方面，MRI可以提供准
确的解剖结构和病变信息，是一项非常重要的检查手段。
医学图像在现代医学领域扮演着不可或缺的角色，不仅可以帮助医生做出诊断
和治疗决策，还能提高治疗效果和患者的生存率。
随着技术的不断进步，医学图像的分辨率和准确性将会更上一层楼，为医学领域的发展和人类健康事业带来更多的希望和可能性。
医学影像学概论PPT课件
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• 内生软骨瘤
• 儿童和青年人， • 好发于掌指骨，
其次为股骨、胫 骨、肱骨等 • 多发者有单侧发 病倾向 • X线：边界清楚的 类圆形囊状破坏 区，边界清晰， 内可见小环行、 点状或不规则软 骨钙化或骨化(诊 断特点)
• A、大小、形态、轮廓的改变（大、粗、长或者 小、细、短）
• B、密度增高：骨膜增生、骨质增生、死骨、肿瘤 骨等
• C、密度减低：骨质疏松、软化，骨质破坏等
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• 平行型：与骨干平行，呈线状，常见于外伤和感染；
• 葱皮型：呈多层状与骨干平行，见于慢性感染；
• 花边型：骨膜外缘呈花边状或锯齿状，见于慢性感染；
骨痂、邻近骨质疏松等 • 脱位：组成关节诸骨关节面对应关系完全或部分脱离
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左桡骨Colles骨折
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四、 X线诊断概要－－骨与关节
4、骨肿瘤及肿瘤样病变
• 显示部位； 判断良、恶性；判断组织 特征即肿瘤起源
• 病变部位 • 病灶数目 • 肿瘤边缘 • 骨质改变
• 有无骨膜 • 有无增生 • 软组织变化 • 临近骨情况
础
2、荧光效应:激发荧光物质, 将X线转换成波长长的
可见荧光，进行透视检查的基础
3、感光效应：溴化银中的银离子（Ag+ ）被还原成金属银（Ag），沉淀
于胶片的胶膜内。此金属银的微粒，在胶片上呈黑色。而未感光的溴化银，在定 影及冲洗过程中，从X线胶片上被洗掉，因而显出胶片片基的透明本色。根据金
学习笔记1--概论、医学图像处理基础
⼀概论1. 医学图像处理的对象主要是X线图像，X线计算机体层成像（CT）图像，核磁共振成像图像（MRI），超声图像，正电⼦发射体层成像图像（PET）和单光⼦发射计算机体层成像（SPECT）图像等。
2. 医学图像处理的基本过程⼤体由⼀下⼏个步骤构成：根据图像对象及其特点，根据实际需要，设计可⾏算法；利⽤某种编程语⾔将设计好的算法编制成医学图像处理软件，由计算机实现对医学图像的处理；检验结果，评价所设计处理⽅法的可靠性和实⽤性。
3. 医学图像的运算图像的点运算（主要是通过图像灰度的线性变换和⾮线性变幻，改变图像上像素点的灰度值，从⽽达到改善图像质量的⽬的。
）图像的代数运算（是指对两幅输⼊图像进⾏点对点的加减乘除计算⽽得到输出图像的运算。
图像相加：降低加性随机噪声；相减：获得两幅图像的差异部分，数字减影⾎管造影（DSA）。
）图像的⼏何运算（包括图像的平移，旋转，放⼤，和缩⼩。
⽤在图像配准。
可能产⽣新的像素。
）插值运算（浮点数的操作得到的像素坐标可能不是整数，为了保持变换后的图像质量，需要进⾏插值运算。
图像的插值运算对图像处理的效果有⾮常⼤的影响。
）4. 医学图像变换 图像经过变换后往往能反映出图像的灰度结构特征，从⽽便于分析。
许多变换可使能量集中在少数数据上，从⽽事项数据压缩，便于图像的传输和存储。
图像的正交变换：可以改变图像的表⽰域。
傅⽴叶（Fourier）变换：将图像的处理分析从空间域（spatial domain）转换到频率域（frequency domain），它不仅能把空域中复杂的卷积运算转化为频域中的乘积运算，还能在频域中简单⽽有效地实现增强处理和进⾏特征提取。
⼩波变换：应⽤在图像和信号处理⽅⾯，适⽤于处理⾮稳定信号。
与傅⽴叶变换相⽐，⼩波变换是⼀个时间和频率的局域变换，因⽽能有效地从信号中提取局部信息。
它允许在宽的时间区域内对低频信号进⾏全局分析，在较窄时间区域内对所需的⾼频信号进⾏精确分析。
医学图像了解
医学图像了解医学图像医学图像是反映解剖区域内部结构或内部功能的图像，它是由⼀组图像元素——像素（2D）或⽴体像素（3D）组成的。
医学图像是由采样或重建产⽣的离散性图像表征，它能将数值映射到不同的空间位置上。
像素的数量是⽤来描述某⼀成像设备下的医学成像的，同时也是描述解剖及其功能细节的⼀种表达⽅式。
像素所表达的具体数值是由成像设备、成像协议、影像重建以及后期加⼯所决定的医学图像有四个关键成分——像素深度、光度表⽰、元数据和像素数据。
这些成分与图像⼤⼩和图像分辨率有关图像深度（⼜称⽐特深度或颜⾊深度）是⽤来编码每个像素信息的⽐特数。
⽐如说，⼀个8⽐特的光栅可以有256个从0到255数值不等的图图像深度像深度光度表⽰解释了像素数据如何以正确的图像格式（单⾊或彩⾊图⽚）显⽰。
为了说明像素数值中是否存在⾊彩信息，我们将引⼊“每像素采光度表⽰样数”的概念。
单⾊图像只有⼀个“每像素采样”，⽽且图像中没有⾊彩信息。
图像是依靠由⿊到⽩的灰阶来显⽰的，灰阶的数⽬很明显取决于⽤来储存样本的⽐特数。
在这⾥，灰阶数与像素深度是⼀致的。
医疗放射图像，⽐如CT图像和磁共振（MR）图像，是⼀个灰阶的“光度表⽰”。
⽽核医学图像，⽐如正电⼦发射断层图像（PET）和单光⼦发射断层图像（SPECT），通常都是以彩⾊映射或调⾊板来显⽰的元数据是⽤于描述图像的信息。
它可能看起来会⽐较奇怪，但是在任何⼀个⽂件格式中，除了像素数据之外，图像还有⼀些其他的相关信元数据息。
这样的图像信息被称为“元数据”，它通常以“数据头”的格式被储存在⽂件的开头，涵盖了图像矩阵维度、空间分辨率、像素深度和光度表⽰等信息像素数据是储存像素数值的位置。
根据数据类型的不同，像素数据使⽤数值显⽰所需的最⼩字节数，以整点或浮点数的格式储存像素数据图像⼤⼩ = 数据头⼤⼩（包括元数据） + ⾏数栏数像素深度（图像帧数）医学图像格式放射图像有6种主要的格式，分别为DICOM（医学数字成像和通讯）、NIFTI（神经影像信息技术）、PAR/REC（Philips磁共振扫描格式）、ANALYZE（Mayo医学成像）、NRRD（近原始栅格数据）和MNIC现代神经影像学技术脑电图（EEG），单光⼦发射体层成像（SPECT），正电⼦发射型计算机断层显像（PET），功能性磁共振成像（fMRI），侵⼊性光学成像（Invasive Optical Imaging），颅内电极记录（Intracranial Recording），脑⽪层电图（ECoG）。
医学图像处理概论PPT文档共70页
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
生物医学工程概论之生物医学图像
生物医学图像的三维重建与可视化
总结词
三维重建与可视化技术可以将二维的图像数据转化为三维的立体结构，以便更全面、直 观地展示组织和器官的形态。
详细描述
通过三维重建，医生可以更准确地判断病变的位置、大小和深度，有助于制定更精确的 治疗方案。可视化技术还可以帮助医生更好地理解病变与周围组织的关系，提高诊断的
生物医学图像技术的临床应用规范与监管问题
临床应用规范
制定生物医学图像技术的临床应用规范，明确适应症、禁忌症等，确保技术的安 全有效应用。
监管问题
加强生物医学图像技术的监管，建立完善的审批、监测和评估机制，确保技术的 合规发展。
THANKS
趋势
人工智能辅助图像分析、多模态融合成像、实时动态成像等 。
02 生物医学图像的采集与处理
生物医学图像采集设备与技术
设备种类
CT（计算机断层扫描）、MRI（磁共振成像）、US（超声成像）、X-ray（X 射线成像）等。
技术特点
各种设备有其独特的成像原理和应用范围，需根据研究或诊断需求选择合适的 设备。
知识产权归属
生物医学图像可能涉及知识产权问题，包括数据的所 有权、研究结果的专利申请等。
知识产权保护措施
应尊重原作者的知识产权，采取合理使用、注明出处等 措施，防止侵权行为的发生。
生物医学图像的误诊风险与责任问题
误诊风险
生物医学图像可能存在误诊风险，如影像解读错误、技术误差等。
责任问题
医疗机构和研究者应建立完善的误诊处理机制，明确责任归属，保障患者的合法权益。
分类
根据成像方式，可分为X射线、超 声、核磁共振、正电子发射断层 扫描等类型。
生物医学图像的重要性与应用领域
第一章 概论(医学影像成像理论)
2020/3/7
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CR （Computed Radiography)
2020/3/7
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• （2）数字X线摄影(digital radiography，DR） • 直接数字化X射线摄影是指在具有图像处理功能的计算机
控制下，采用专门研制的X射线探测器直接把X射线信息影 像转化为数字图像信息的技术。
• CT成像优势：①获得无层面外组织结构干扰的横断面图像，能准确地反 映横断平面上组织和器官的解剖结构；②密度分辨力高，能显示出普通 X线检查所不能显示的病变；③能够准确地测量各组织的X线吸收衰减值 ，可通过各种计算进行定量分析；④可进行各种图像的后处理。
2020/3/7
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三、磁共振成像
• 1946 年美国斯坦福大学的布洛赫（Felix Bloch）和哈佛大学的珀塞 尔（Edward Purcell）首先发现了磁共振现象，由此产生的磁共振波 谱学被广泛地应用于对物质的非破坏性分析。20 世纪70 年代美国纽 约州大学的达马迪安（Raymond Damadian）和劳特伯（Pual Lauterbur）将磁共振用于医学成像，20 世纪80 年代被快速地发展 起来成为医学影像新技术。
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四、超声成像
• 1942年奥地利科学家达西科（Dussik）首先将超声技术应用与临床诊 断，从此开始了医学超声影像设备的发展。
• 1954年瑞典人应用M型超声显示运动的心壁，称为超声心动图。 • 人类从20世纪50年代开始研究二维B型超声，至70年代中期，实时二
维超声开始应用。
相结合的一种新型成像技术。
• 血管造影检查是对注入血管造影剂前后的图像进行相减， 得到无骨骼、内脏、软组织背景的清晰的血管影象，而血 管的形态，结构反映了多种疾病的基本信息。
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二、医学图像处理技术及其应用
从成像系统所取得的图像形式多样，有静止的（如细胞切 片）也有运动的（如心脏图像）；有二维的、也有三维立 体的；有黑白的（如X线片），也有彩色的（电子内镜）。
医学图像的三维重建与可视化
医学图像的配准与融合 虚拟现实技术
DICOM数据通信技术
PACS系统
计算机辅助诊断
2．仿真多角度扫描
这一应用在CT扫描中有着重要意义。由于X射线对人体 的损害较大，因此不可能对病人进行多角度的扫描，通 过三维图形图像技术，可以对原始数据进行多角度重组， 仿真多角度扫描，该技术也称为虚拟切割。
3．数字解剖模型
根据影像数据重建三维数字模型，立体地显现人体或 其他生物组织的解剖结构，对于教学、培训有着重要 意义。
描 述 人 体 功 能 或 代 谢 的 功 能 成 像 模 式 （ Functional Imaging Modality）。比如PET正电子发射断层扫描成像、 SPECT单光子发射断层扫描成像、fMRI功能磁共振成像等。
4.多种成像模式
解剖成像模式 X光照相术
CT计算机断层扫描技术 MRI磁共振成像 US超声成像 光纤内窥镜图像
CT技术与三维医学图像
南非开普敦大学Cormack因其CT重建数学基础， 英国科学家Hounsfield因其实现x线在CT中的应用
获得1979年诺贝尔医学奖。
CT图像
3. PET技术与功能医学图像
正 电 子 发 射 断 层 扫 描 成 像 技 术 (Positron Emission Tomography，简称PET)是医学图像发展史中又一大重大 事件。与CT MRI等反映人体组织解剖信息不同，PET图像 能反映人体组织、器官的功能和代谢情况。即一般医学图像 反映的是人体的静止状态，PET图像反映其生病过程。
红外成像
多种成像模式
由于成像的原理和设备的不同，存在多种成像模式 （Imaging Modalities）。
描 述 生 理 形 态 的 解 剖 成 像 模 式 （ Anatomical Imaging Modaligies)。比如X光照相术、CT技术、MRI成像、US 成像、DSA数字减影血管造影术。
DSA数字减影血管造影术 MRA磁共振血管造影术
功能成像模式 SPECT单光子发射断层扫描像
PET正电子发射断层扫描像 fMRI功能磁共振成像 EEG脑电图 MEG脑磁图 光学内源成像
今天，人体三维图像已经发展到很高的水平。著名的可视 人顶目(Visible Human Project)就是一例。
1．辅助医生诊断
通过图形图像技术，可以对影像进行任意放大、缩小、 旋转、对比度调整、三维重建等处理，提供具有真实感 的三维医学图像，弥补影像设备在成像上的不足，便于 用户从多角度、多层次进行观察和分析，并使用户能有 效地参与数据的处理分析过程，能够对病变体及其他感 兴趣的区域进行定性直至准确的定量分析，从而可以提 高医疗诊断的准确性和正确性。
第三章 医学图像处理
Medical Image Processing
医学图像处理简介
医学图像处理是一门理、工、医等学科高度交叉的新兴学 科。该学科致力于对人类疾病的发现、诊断、辅助治疗， 致力于为探索生命现象提供高水平的科学方法和工程技术 手段。因此，医学图像处理学科将始终是朝阳学科。
医学图像处理是利用数学的方法和计算机这一现代化的信息 处理工具，对由不同的医学影像设备产生的图像按照实际需 要进行处理和加工的技术。
X线图像
X线成像基于X线透过人体时，各种脏器与组织对X线的吸收 程度不同，因而在接收端将得到不同的射线强度，射线强 度的变化，记录在底片上就变成灰度的变化。
X线图像
一个大小和密度相同的肿瘤或病灶，无论在体内前、中或后 部，它在x光片上表现的图像是一样的。也就是说，X线图 片不能反映组织或病灶的三维空间位置。
将人体水平方向上的剖面划分为许多小单元（像素），然后在 人体周围沿圆弧方向不断改变X光源及接收探测器的位置。 这样，每次X射线通路上都有不同的像素组合，探测器将记录响 应的强度值.采用一定的数学方法，从探测器强度值反推出各个 像素的密度，这就是反投影图像重建技术。如果从上到下逐层对 人体某一部位扫描，这些串起来的层片就构成了三维图像。
医学图像处理的地位
现代医学（影像）设备一般都配有图像工作站，这些工作 站具有丰富的图像处理与分析功能，作为医学影像或相关 专业的学生应该了解图像处理的相关内容；
理解和掌握医学图像处理的相关内容，对于充分开发和利 用医学影像设备的功能为临床服务至关重要；
理解和掌握医学图像处理的相关内容，也可以为开发出高 性能的图像处理软件奠定基础。
4．手术教学训练
通过断层扫描技术可以获得一系列入体某个部分的切片 图像，对这些切片数据进行计算机三维重建，能够获得 人体部位的三维模型。医生可以对三维模型进行手术仿 真。在虚拟环境中进行手术，不会发生严重的意外。尤 其在修补术方面有着重要的应用前景。
医生可在虚拟手术系统上观察专家的手术过程，也可重 复练习，虚拟手术使得手术培训的时间大为缩短，同时 减少了对昂贵的实验对象的需求，由于虚拟手术系统可 为操作者提供一个极具真实感和沉浸感的训练环境，并 且能够制造很好的临场感，所以训练过程与真实情况几 乎一致，计算机还能够给出一次手术练习的评价。
第一节 医学图像处理概论
医生在对患者进行诊疗的过程中，首先是要取得足够的 患者状态的信息，如体温、血压、心电图、化验等。
从信息量的角度来看图像所包含的信息要比几个数据或 几条曲线含有的信息多得多。
“千字不如一画”，百闻不如一见。 随着科学技术的发展，各种医学图像应运而生，并得到
迅速的发展。
它们给医生提供了直观、精确的解剖学、病理和功能的基 础信息，为医学研究和临床诊断提供正确可靠的依据，在 有些疾病的诊断中，甚至达到了“了如指掌”的地步。
现代医学的任何专业都已无法离开医学影像学了。
医学图像处理的应用
1. 辅助医生诊断 2．仿真多角度扫描 3．数字解剖模型 4．手术教学训练 5．制定手术计划 6．手术导航与术中监护…
PET
超声成像
彩超图像
O
用彩色反映出血流的运动 状态,红色表示朝向探头 的血流，蓝色表示离开 探头的血流，而湍流的程 度用绿色成份的多少表示， 色彩的亮度表示速率大小。
3D超声图像
近年来随着探测技术和数学处理技术的发展，在二维超声基础上 进行三维重建，能够清晰显示所选区域的立体形态及动态。
MRI
多参数成像
头部质子密度、T2 T1成像
功能磁共振成像fMRI
fMRI是20世纪90年代初期在MRI技术的基础上发展起来的能够反 映
大脑功能活动的一种MRI方法。它是通过血流的变化间接测量大脑 在受到刺激或发生病变时功能的变化。推动了脑科学的发展。 应用领域：
神经外科术前计划系统； 脑工作机制的研究 重大脑部疾病发病机制的研究
一、医学图像的发展
1.伦琴开创了人体图像的先河
1895.11.8，德国物理学家伦琴在调试阴极射线仪器的时候，发现了能使 胶片感光的未知射线—“X”射线。因此，获得了第一个诺贝尔物理学奖。
X线图像 （a）胸部X射线图像 （b）主动脉造影图像 （c）头部CT （d）电路板 （e）天鹅星座环
经过百年的发展，应用X 线机可观察人体内部的骨骼、肺结核病变 等，通过造影技术，可以观察心脏、血管及消化道等管状器官。X 线机是临床医院必备的医疗设备。随着相关科技的发展，X线投影 成像技术，一直在不断地改进和发展。由最初单一的X线摄影发展 到X线透视、X线数字减影造影X线介入治疗等多种诊断治疗方式。 在X线介入治疗基础上形成的介入放射学开创了诊断技术应用于临 床治疗的先河。除此之外，X线成像方式也发生了根本的变化，由 开始的模拟成像逐步向数字成像方式发展，如CR、DR数字胃肠机 等。
Thorax 胸部
Pelvis 骨盆
Color Cryosections
三维重建的成果
二、医学图像处理及其应用
自古以来，“望、闻、问、切”都是国内外进行医学诊断最基本的手 段。
自伦琴发现X射线以来，医学的诊断方式发生了翻天覆地的变化。 X线检查使得人们能观察到人体内部的结构。 CT的发明以及各种能量信息的重建图像，不仅提供形态解剖方面的信
5．制定手术计划
可以利用手术前获得的图像数据，帮助医生合 理、定量地制定手术方案，对于选择最佳手术 路径，减小手术损伤和对临近组织损害，提高 病变体定位精度，完成复杂外科手术和提高手 术成功率等都具有十分重要的意义。
7．手术导航与术中监护
在手术过程中通过超声，MR的实时扫描反馈，在图像的 引导下进行定位。手术导航可以在无需介入的环境下，将 计算机处理的三维模型与实际手术进行定位匹配，使得医 生看到的图像既有实际图像，又叠加了图形，使有用的信 息更多，可以很好地引导医生进行进行手术。
可视人计划是美国国立医学图书馆(NLM)提出的旨在获所 人体解剖数据，提供医学图像可视化、数字化信息服务的 项目，这个项目是建立一个数字化的图像库，其中的数据 集代表一个完全的正常的成人男性和女性。
可视人计划包括尸体的冰冻切片的数字摄影图片，以及由 CT和MRI得到的数字化图像。
可视人数据集已经成为人们研究医学图像和解剖教学的重 要工具。一个彻底洞悉人体奥秘的时代为期不远了。
PET在研究人体生理、病理、肿瘤成因、代谢机制、药物动 力学及脑科学方面都有十分重要的价值。
原理： 放射性同位素注入人体，同位素的正电子在湮灭时发射伽 马射线，经检测器阵列接收，根据接收强度成像。
它反映活体靶组织在 某一时刻的血流灌注、 糖／氨基酸／核酸／ 氧代谢或受体的分布 及其活性状况，可同 时给出相应的活性生 理功能参数