01-医学图像处理与分析-概述4

3、医学图像处理的基本过程
打印机
采集
医学影像设备 PACS
医学影像
计算机
显示器
INTERNET
远程医疗
4、医学图像处理的基本步骤
针对待处理对象 及处理目的设计算法 修 正 算 法
编程实现相关算法
根据处理结果评价算法
结果好？ Y 输出结果
N
5、医学图像处理与分析的方式 在线处理 脱机处理 6、医学图像处理与分析的对象 数字化的医学图像（模拟图像） X线图像（DR，CR，DSA等） CT图像 MRI图像 超声图像 PET（positron emission tomography ）/SPECT（Single photon emission computed tomography）图像
医学图像处理与分析
上海理工大学 医疗器械与食品学院
医学影像工程研究所
聂生东 2011年9月
1
医学图像处理与分析 第1讲
2
一、课程教学需要说明的几个问题
1、医学图像处理与分析的授课方式： 采用课堂讲座（专题）与讨论相结合，理论与实 践相结合，授课与自学相结合的方式。 2、考核方式：采取设计小课题，以撰写小论文的方 式进行考核。 3、授课时间：周四下午7-8节，D区309教室 4、参考教材：
二、医学图像处理与分析的学术地位
数字化医学影像设备涉及的10个关键技术： （1） 产生用于成像的物质波装备的原理和关键技术； （2） 对物质波和人体组织发生相互作用的规律建模，通过模 型参数的最优化，改善影像信息提取的数量、质量和速度； （3） 研究探测物质波的探测器、传感器或者换能器等探测部 件，使得它们具有更好的灵敏度以及空间和时间分辨率； （4） 把探测到的信号放大、成型并实现数字化，在计算机记 录的编码过程中防止失真，开展提高信号传输效率和保真度的 方法研究； （5） 快速高效地实现图像重建，在重建中减少噪声的方法学 研究；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（2）、Digital Image Definitions
A digital image f[m,n] described in a 2D discrete space is derived from an analog image f(x,y) in a 2D continuous space through a sampling process that is frequently referred to as digitization.
学科前沿：
1、基于医学图像的计算机辅助诊断/检
测技术的研究 2、脑功能图像处理与分析技术的研究
3、分子影像学
4、基于医学图像的神经外科/放射治疗 技术
三、医学图像处理与分析课程的几个相关问题
1、医学图像处理与分析所研究的主要内容： 医学图像增强；医学图像变换；医学图像分割； 医学图像配准与融合；医学图像压缩技术；医 学图像恢复（复原）技术；医学图像3D重建与 可视化； 基于医学图像的计算机辅助诊断； PACS (picture archiving and communication systems）与DICOM (Digital Imaging and Communication of Medicine) 标准等。
2、The manipulation can be divided into three categories:
Image Processing image in -> image out Image Analysis image in -> measurements out (area, circumference, volume, long axis, short axis, size, density, circularity, linearity, sphericity) Image Understanding image in -> high-level description out
The principal objectives of this course are to provide an introduction to basic concepts and techniques for medical image processing and to promote interests for further study and research in medical imaging processing.
采样 采样：指将空域上或时域上连续的图像(模拟图像)
变换成离散采样点(像素)集合的一种操作。即：空 间坐标的离散化。
图像采样是通过先在垂直方向上采样，然后将得到的结果再沿 水平方向采样两个步骤来完成的操作。经过采样之后得到的二 维离散信号的最小单位就称为像素。一般情况下，水平方向的 采样间隔与垂直方向的采样间隔相同。
Biomedical image processing has experienced dramatic expansion, and has been an interdisciplinary research field attracting expertise from applied mathematics, computer sciences, engineering, statistics, physics, biology and medicine.
Low-level: improvement the visual effect Unclear---clear; contrast qualitative Middle level: features (attributes) calculation quantitative High level: description of image, image understanding (machine or computer vision)
(6) 减少噪声、伪影和畸变，提高图像质量的方法学 研究； （7）更符合人的视觉效果的医学图像显示方法和关键 技术； （8）设计为新的成像系统的性能指标进行测量和评估 的方法以及相应的软件； （9）以高效和快速的医学图像的存储、通讯管理、检 索以及海量数据中寻找规律的知识挖掘的方法学为主 要内容的PACS技术； (10)分子和基因成像
图像采样(栅格化)
在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的 问题，它决定了采样后图像的质量，即忠实于原图像 的程度。采样间隔的大小选取要依据原图像中包含的 细微浓淡变化来决定。一般，图像中细节越多，采样 间隔应越小。 对一幅图像采样后，若每行(即横向)像素为M个，每列 (即纵向)像素为N个，则图像大小为M×N个像素。例 如，一幅640×480的图像，就表示这幅连续图像在长 、宽方向上分别分成640个和480个像素。显然，想要 得到更加清晰的图像质量，就要提高图像的采样像素 点数，也就是要使用更多的像素点来表示该图像，但 相对需要付出更大的存储空间的代价。
（1）、what is a continuous image?
A continuous image defined in the "real world" is considered to be a function of two real variables, for example, f(x,y) with f as the amplitude (e.g. brightness) of the image at the real coordinate position (x,y). Film image, photo,etc.
上海中长期技术创新的主要任务
关键技术 15 数字化医疗影像技术与集成技术 数字医学影像功能与结构信息的高质量快速重建； 感兴趣区病灶或解剖结构的自动分割与识别；图像的 三维重构与可视化；高效的图像压缩与远程传输；与 临床应用密切相关的图像后处理软件与装置；高灵敏、 微创或无创、易操作、易联网的诊断仪器中生理信息 和数据采集、处理和控制的智能化。
Accompanied by a rush of new development of high technology and use of various imaging modalities, more challenges arise; for example, how to process and analyze a significant volume of images so that high quality information can be produced for disease diagnoses and treatment.
量化 量化：把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散
量的转换称为图像灰度的量化。即：灰度的离散化。
Zi＋ 1 Zi Zi－ 1 255 254 q i＋ 1 q i－ 1
… …
128 127
1 0 连续灰度值 灰度标度 量化值 (整数值) 灰度量化 (a) (b)
将连续图像的像素值分布落在[Zi，Zi+1]范围内的点的取值量化为 qi+1，称之为灰度值或灰阶(Gray Level)。把真实值Z与量化值qi+1 之差称为量化误差，把表示对应于各个像素的亮暗程度称为灰度 等级或灰度标度。
模拟图像和数字图像(analog image & digital image)
模拟图像在水平与垂直方向上的像素点位置的变化以 及每个像素点位置上的灰度变化都是连续的，因此有 时又将模拟图像称之为连续图像( continuous image)。 数字图像是指把模拟图像分解成被称作像素的若干小 离散点，并将各像素的颜色值用量化的离散值，即整 数值来表示的图像。像素是组成数字图像的基本元素 ，是按某种规律（如模拟/数字转换）获得一系列二进 制数码（0和1）来表示图像中的每个点的信息，即数 字图像是将模拟图像经过数字化（或离散化）过程转 变而成的。因此，又将数字图像称为离散图像（ discrete image)。
Computer aided detection/diagnosis based on medical image Virtual reality technology of medical image
patient presurgical Medical imaging
Treatment method
由于目前的计算机所能处理的信息必须是数字信号， 而我们得到的照片、图纸或景物等原始信息都是连续 的模拟信号，所以数字图像处理的第一个环节就是将 连续图像信息转化为数字形式。
数字图像：空间量化(采样)+幅值量化(量化)
图像数字化：将模拟图像经过数字化之后，得到用 数字表示的图像。图像的数字化包括采样和量化两 个过程
7、The applications of medical image processing Aided to doctor for diagnosis and treatment Image-guided surgery/therapy – Pre-surgery planning – Navigation during surgery – radiofrequency ablation
《冈萨雷斯数字图像处理(MATLAB)中文版 》，电子 工业出版社； 《医学图像处理》，复旦大学出版社, 聂生东主编
5、成绩评定：平时成绩30%，期末成绩70%
6、学习医学图像处理与分析需要的基本知识
或前修课程：高等数学、数值分析、数理 统计、计算机高级语言、医学成像技术等------交叉科学；
Image processing
Surgical treatment
surgical
Endoscopy
超声图像
Ultrasound examination during pregnancy
3D ultrasound images
PET
四、医学图像处理涉及到的几个重要概念
1、数字图像与模拟图像