医学图像处理概论
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.
医学图像处理课件

频率域滤波
低通滤波
通过抑制图像的高频成分来平 滑图像并减少噪声。
高通滤波
通过抑制图像的低频成分来增强 图像的边缘和细节。
带通滤波
仅通过图像的一定频率范围,以提 取特定频率成分或消除噪声。
小波变换
一维小波变换
将图像分解成多个小波系数, 以多尺度分析图像并保留不同
尺度的信息。
二维小波变换
将图像进行二维小波变换,以 多尺度分解图像并保留不同尺
医学影像辅助诊断
利用医学影像处理技术,提取图 像中的特征信息,辅助医生进行
疾病判断。
医学影像自动识别技术,包括病 灶检测、分割和量化等,提高医
生工作效率。
医学影像配准技术,实现不同模 态医学图像之间的精确比对,提
高诊断准确性。
医学影像预测疾病
基于医学影像的数据挖掘技术 ,发现疾病与影像特征之间的
基于模型的分割
利用图像中的边缘信息,检测边缘并分割出 不同的对象。常见的算法包括Canny边缘检 测、Sobel边缘检测等。
利用数学模型(如高斯分布、混合模型等) 对图像进行分割,常用的算法包括Kmeans聚类、GMM聚类等。
04
医学图像分析技术
定量分析
灰度定量分析
通过计算像素的灰度值,定量 描述图像的明暗程度和对比度
基于边缘的图像分 割算法
边缘检测算法通过检测图像边缘 像素的强度和方向,确定目标区 域的边界,用于目标检测和识别 。
基于模型的图像分 割算法
建模算法通过建立数学模型,拟 合目标区域形状和纹理特征,进 行目标检测和识别,用于精确分 割目标区域。
03
医学图像预处理技术
图像增强
灰度增强
通过调整图像的对比度和亮度 ,增强图像的对比度,使图像 中的组织结构更加清晰可辨。
[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-绪论

机械扫描
速度越来越快
电子扫描
5代
成像速度:10幅/秒
阵列处理器
第1章 绪论
1.1 数字图像处理在医学中的应用及研究课题
5. 核医学成像系统
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 / 三维成像
二 维成像
采用个人电脑的单板图像系统
视频图像采集卡
输出流水线 处理
D/A
输出流水线 处理
D/A
R
G
B
监视器
A/D
摄像机
输出流水线 处理
D/A
接口
PC机
监视器
帧存储器
帧存储器
帧存储器
A/D
A/D
伪彩色处理
真彩色处理
第1章 绪论
1.3 数字图像处理系统
6. 硬件处理器
(1)阵列处理器(Array Processor) 做成单元式,进行FFT、卷积、相关、数字滤波等大批量的数字处理。 (2)流水线处理器(Pipeline Processor) 放置于数据通道上,数据一通过即进行了处理,常用于灰度变换、彩色编码等简单处理。
第1章 绪论
1.4 图像处理要解决的问题
1. 硬件设备
大部分硬件设备、大型图像系统都是国外进口的。
(1)输入设备:光导摄像管摄象机,CCD摄象机 (2)视频A/D、D/A (3)图像存储器:大规模高速DRAM (4)图像存储设备:硬盘、磁带机、光盘机 (5)图像硬拷贝:视频打印机、多幅照相机 (6)阵列处理器:大型图像系统中、X-CT、MRI
第1章 绪论
1.3 数字图像处理系统
4. 图像存储体
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。
医学图像概论

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。
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第一部分:概述 第二部分:兼容性 第四部分: 服务类说明 第三部分: 信息对象 第十一部分:介 质存储应用概览
第五部分:数据结构和语义 第六部分:数据字典 第七部分:消息交换 (网络操作) 第十部分 :介质存储和文件 格式 其余部分 第八部分: 网络支持 TCP/IP&OSI 第九部 分: 点对点 特殊媒质格式 和 物理介质
1.3 医学图像的解读基础 颜面部螺旋 CT扫描三 维重建图像, 自前向后侧 观,可见双 眶,鼻腔, 上下颌骨的 三维立体结 构
X-Ray
MRI
MRI
脑轴向图
[美]迪安(Dean.D)等著, 楚宪襄等译,人体断面解剖学 与医学影像学图谱,2002年
PET
超声图象
超声图象
超声图象
Photo courtesy Philips Research
Multispectral Tissue Classification
T1 3D Histogram Segmented Image
T2
Fletcher, Barsotti, Hornak, Magn. Reson. Med. 29:623 (1993)
Morphological Image Processing
Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法 获得2003年诺贝尔医学和生理学奖。
1.1 医学影像处理和分析的重要性
发达国家高度重视 以美国为例,它是NSF,NIH的重要资助 领域,近年美国还成立了NIBIB机构专门资助 医学成像和生物医学工程领域的研究。 NIH,National Institutes of Health 美国国立卫生研究院 NSF,National Sanitation Foundation 美国国家卫生基金会 NIBIB , National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering 生物医学影像和生物工程研究所
Chemist
ISE
CT Radiologist
MRI
US
Pathologist
Physician
Neurologist
Neuro Physiologist
EEG
ECG
Cardiologist
EMG
Diagnosis
Imaging System
Imaged Object
End User
Radiation or Energy Image Formation
•医学影像数据的获取 •数据预处理技术 •医学图像的配准 •医学图像的三维可视化技术 •虚拟内窥镜 •DICOM标准 •PACS系统 •图像引导手术
DICOM 标准定义内容
(1)检查信息和相关图像信息定义 患者信息 检查信息 图像格式 (2)图像交换方法和规范 图像传输方法(点对点方式、网络方式、文件 方式等) 将医学影像事务规范为不同层次的对象模型
Terms
Computer graphic: 计算机图形学 Computer vision: 计算机视觉
Terms
CT:computerized tomography MRI:magnetic resonance imaging PET:positron emission tomography SPECT:single photon emission tomography DSA:digital subtraction angiography PACS:picture archiving and communication system
1.3 医学图像的解读基础
解剖学姿势,方位术语
冠 平 面 轴平面 横断面
矢平面
1.3 医学图像的解读基础 冠平面
1.3 医学图像的解读基础
垂直轴
矢状轴 人体解剖学,第六版
1.3 医学图像的解读基础
人体骨 骼结构 前面观
1.3 医学图像的解读基础
人体骨 骼结构 后面观
1.3 医学图像的解读基础 头颈部螺 旋CT扫描 三维重建 图像,自 足侧向头 侧观,可 见颅颈交 界部的解 剖结构
Hyversity of Rochester Medical School
Image Contrast (T2)
SIGNAL
Tumor White TE
MR Angiography
Head S/I Projection
MRI Center, University of Rochester Medical School
Display
Spectroscopy
Detection
Processing
Human Neck
Plane: Sagittal Sequence: Spin Echo
Wrist Image
Coil: Sequence: Slice: TR/TE: FOV: Thk: Matrix: Nex: Asym STS Spin Echo Coronal 2000/27 ms 8 cm 1.5 mm 256x256 1
Schlaug, et al, Science 267:699 (1995)
Mammography 乳腺造影术
Benign lesion - Fibroadenoma
CT (by Picker)
Colonoscopy with spiral CT
Spiral scan
3D图象
1.4 医学图像处理的研究内容
CT
19—20世纪 :看到病变 X-ray
1.2 医学图像处理的发展概况
功能成像 20世纪90年代 :看到功能
fMRI:功能核磁共振成像 PET : 正电子断层成像 SPECT:单光子发射断层成像
1.2 医学图像处理的发展概况 分子成像
•光学成像 •核磁共振成像 •核素成像
21世纪:看到细胞、 分子的变化
X射线、CT、MRI的发现或发明 者获得诺贝尔奖,就是其重要价值的 印证。
伦琴因发现X射线获得 首届诺贝尔物理学奖。
Hounsfield和Cormack因发明CT获得 1979年诺贝尔医学和生理学奖。
Bloch和Purcell因发现NMR现象获 得1952年诺贝尔物理学奖。
发明MRI中Fourier重建方法的Ernst 获得1991年诺贝尔化学奖。
Proton NMR Spectroscopy in Multiple Sclerosis
Normal-Appearing White Matter
Active Plaque
CHO Cr NAA LA
Choline Creatine N-acetyl aspartate Lactate
PM Matthews, Neurology 41:1252 (1991)
1.1 医学影像处理和分析的重要性
• 医学成像及图像处理设备占医院投资中的 比例越来越高。仅GE公司下属的北京航卫 2003年生产的中低档CT,销售额就达30亿 元。
1.2 医学图像处理的发展概况 看不见的时代 传统看病: 望、闻、问、切(以定性为主)
1.2 医学图像处理的发展概况 结构成像
DICOM框架
主要参考文献
人体解剖学,第六版 卖克明彩色人体解剖图谱.chm
IEEE Transactions on Medical Imaging Medical Physics Physics in Medicine and Biology IEEE Transactions on Communications IEEE Transactions on Computers IEEE Transactions on Information Theory IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence IEEE Transactions on System, Man and Cybernetics IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing Pattern Recognition Computer Vision, Graphics, and Image Processing
DICOM 3.0标准内容概要
第一部分:引言与概述,简要介绍了DICOM的 概念及其组成 第二部分:兼容性,精确地定义了声明DICOM 要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性 第三部分:利用面向对象的方法,定义了两类 信息对象类:普通(规范)型、复合型 普通型的信息对象只包括现实中实体固有的属性 复合型信息对象种类可以扩展固有的属性
第四部分:服务类,说明了许多服务类,服务类详 细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果 例:CT的计算机需要将图像打印到胶片上 计算机发一个消息到代表具有DICOM功能的激 光打印机的地址,得到回应的消息后,再将图像按 DICOM格式发送到此地址,于是,作用在信息对 象上的命令产生结果 —— 由激光打印机完成了打印服务
Ultrasound examination during pregnancy
超声图象
Photo courtesy Philips Research
3D ultrasound images
DSA
红外图象
红外图象
医学图象
医学图象
Diagnosing Disease
HPLC
TLC FFM
UV
•P151
DICOM 对象
影像属性(attribute) 像素资料(pixel data) Patient Name:張三 Patient ID:01001111 Date of birth:631012 Sex:男 Modality:CT Station name: FDMS 1.0 Study Date:19990226