医学图像处理概论

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
Terms
Computer graphic: 计算机图形学 Computer vision: 计算机视觉
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
Hydrocephalus
MRI Center, University of Rochester Medical School
Image Contrast (T2)
SIGNAL
Tumor White TE
MR Angiography
Head S/I Projection
MRI Center, University of Rochester Medical School
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
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
100 75 5 0 25
1 Hz Hz
2 Hz
3
Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital
Asymmetry of Auditory Regions in Musicians with Perfect Pitch
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
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)
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
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

第五部分：数据结构及语意，描述了怎样对 信息对象类和服务类进行构造和编码

第六部分：数据字典，描述了所有信息对象是由数 据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。 例：在数据字典中，0010 0010 表示患者的 姓名，0010 0020 表示病人ID等
wk.baidu.com

第七部分：消息交换， 定义了进行消息交换通 讯的医学图像应用实体 所用到的服务和协议 第八部分：消息交换的 网络通讯支持，说明了 在网络环境下的通讯服 务和支持DICOM应用进 行消息交换的必要的上 层协议
•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
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
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
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
Multispectral Tissue Classification
T1 3D Histogram Segmented Image
T2

Fletcher, Barsotti, Hornak, Magn. Reson. Med. 29:623 (1993)
Morphological Image Processing
•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
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

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
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
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
Normal Osteoporosis
Cystic Sclerotic
Chen, Dougherty, Totterman, Hornak, Magn. Reson. Med. 29:358 (1993)
Motor Activation - Right Index Finger Movement
%
医学图像处理
汪家旺
南京医科大学第一附属医院 2013年2月
第一章 绪论


1.1 医学影像处理和分析的重要性 1.2 医学图像处理的发展概况 1.3 医学图像的解读基础 1.4 医学图像处理的研究内容 1.5 学习和研究的可用资源
1.1 医学影像处理和分析的重要性
• 生命科学研究 • 医学诊断 • 临床治疗
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。