医学图像处理概论
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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
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。
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
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
1代 2代 3代 4代
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
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
息，而且还提供代谢、生化和生理功能等信息。 显微镜使人们观察到了肉眼所不能看到的微观世界。 各种内镜又使目力延伸到器官的内部，观察腔内的图像变化等。
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。
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。
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。
医学图像处理的理论和技术
医学图像处理的理论和技术在现代医学领域中，图像处理技术广泛应用于医学影像学、疾病诊断、治疗规划和康复等多个方面。
医学图像处理技术以数字影像为基础，运用计算机技术和图像处理算法对医学图像进行数字化、重建、分析、诊断和测量，进一步提高了医学诊断和治疗的精度和效率。
本文旨在探讨医学图像处理的理论和技术，在探讨其应用的同时，还将分析其中的技术原理与发展趋势。
一、医学图像处理的原理医学图像处理一般分为三个步骤：数字化、重建和分析。
数字化是将影像信息转化为数字信号，其基础是数字成像技术和数字化显微镜技术。
数字成像技术的基本原理是将X线或其他能量线束通过物体，然后由探测器接受反射的信号，通过微处理器的计算，将数字信号转化为图像。
数字化显微镜技术则是将光学显微镜获取的图像，在CCD或CMOS探测器中形成数字信号，再经过软件的数字处理，获得高质量的数字图像。
数字化过程是医学图像处理的核心环节，对其精准度、清晰度等方面有着重要的影响。
数字化之后，进行重建处理。
根据影像的类型，重建处理有多种方法，如CT重建、MRI重建、PET重建等。
其中，冠状重建、多平面重建、曲面重建、立体横断面呈现等都是常见的图像重建方法。
分析处理是医学图像诊断和治疗规划的核心，可以通过强化、降噪、分割、配准、形态学分析、特征提取等方法来提高影像的质量和可读性。
二、医学图像处理的技术现代医学图像处理技术有多种，如滤波技术、边缘检测技术、分割技术、配准技术等。
其中滤波技术是对骨骼结构、软组织特征等进行有效增强的主要方法之一，其基础是图像增强算法和频率域滤波算法。
边缘检测技术是医学图像中边缘信息提取的关键技术，主要通过梯度算法、Canny算法、Sobel算法和拉普拉斯算法等来实现。
分割技术是将图像分割成若干个互不重叠的部分，在医学领域中分割技术主要应用于病灶边缘提取、组织划分和视网膜分割等。
配准技术则是将不同图像的空间关系进行精细匹配的关键技术，通过配准，可以实现不同时间、不同角度或不同系统所得的医学影像之间的精确对比。
《医学图象处理》课件
1 概述
2 分类
医学图像包括X射线、CT扫描、MRI等多 种模态，提供了人体内部结构和功能的可 视化展示。
医学图像可以分为结构图像（如X射线） 和功能图像（如PET扫描），每种图像有 不同的特点和应用。
医学图像处理的基本任务
1 图像增强
通过去除噪声、增强对比度等技术，改善图像质量，使医生能够更清晰地识别病变。
2 纹理分析
提取并量化图像中的纹理特征，用于区分不同类型的组织和病变。
3 局部特征描述
通过提取局部特征点和描述符，对医学图像进行匹配和配准。
医学图像三维重建技术
1 体素重建
通过对医学图像中的体素进行堆叠和插值，重建出三维的图像。
2 表面重建
根据医学图像中的边缘和特征点，重建出物体的三维表面模型。
3 成像重建
医学图像处理在临床上的应用
1 病变检测和诊断
2 手术导航和规划
3 病理分析与研究
通过医学图像处理技术， 医生可以更准确地检测 和诊断各种病变，如肿 瘤和血管异常。
利用医学图像重建技术， 医生可以在手术前精确 导航和规划手术过程， 提高手术成功率。
医学图像处理技术可以 帮助病理学家分析组织 切片图像，研究疾病的 病理特征和发展过程。
利用多幅二维医学图像的投影信息，恢复出三维物体的内部结构。
常用的医学图像处理工具
1 ImageJ
一款开源的图像处理软 件，提供了多种用于医 学图像分析和处理的工 具。
2 3D Slicer
用于医学图像的可视化 和分析，提供了各种算 法和插件用于医学图像 的处理。
3 OpenCV
一套用于计算机视觉和 图像处理的通用开源库， 提供了丰富的图像处理 算法和工具。
医学图像处理PPT
培训
通过图像处理技术，可以将复杂的医学影像进行 可视化处理，从而帮助医生和医学生更好地学习 和理解疾病。
04
CATALOGUE
医学图像处理的挑战与展望
数据安全与隐私保护
数据加密存储与传输
01
采用高级加密算法对医学图像数据进行加密，确保数据在存储
和传输过程中的安全。
访问控制与权限管理
02
建立严格的访问控制和权限管理机制，限制对医学图像数据的
利用深度神经网络进行医学图像识别 ，能够自动提取特征并进行分类。
分类器设计
根据提取的特征训练分类器，用于识 别疾病或病变的类型和程度。
03
CATALOGUE
医学图像处理的应用场景
疾病诊断
辅助医生判断
通过图像处理技术，医生可以更 准确地识别病变部位，如肿瘤、 炎症等，从而提高诊断的准确率
。
定量分析
访问和使用权限。
匿名化处理
03
对医学图像数据进行脱敏和匿名化处理，保护患者隐私和数据
安全。
高性能计算技术需求
计算资源优化
采用高性能计算技术，优化医学图像处理算法， 提高处理速度和效率。
并行计算
利用并行计算技术，将医学图像处理任务分解为 多个子任务，并行处理以提高整体性能。
云计算应用
借助云计算平台，实现医学图像数据的分布式存 储和计算资源的弹性扩展。
图像分割技术
阈值分割
通过设定阈值将图像分为 感兴趣区域和背景区域， 常用于二值化处理。
区域生长
根据相似性准则将像素聚 合成区域，常用于分割连 续的物体。
分水岭算法
通过模拟水流的特性，将 图像中的区域进行分割， 适用于分割多个物体。
图像识别技术
通过图像处理技术，可以将复杂的医学影像进行 可视化处理，从而帮助医生和医学生更好地学习 和理解疾病。
04
CATALOGUE
医学图像处理的挑战与展望
数据安全与隐私保护
数据加密存储与传输
01
采用高级加密算法对医学图像数据进行加密，确保数据在存储
和传输过程中的安全。
访问控制与权限管理
02
建立严格的访问控制和权限管理机制，限制对医学图像数据的
利用深度神经网络进行医学图像识别 ，能够自动提取特征并进行分类。
分类器设计
根据提取的特征训练分类器，用于识 别疾病或病变的类型和程度。
03
CATALOGUE
医学图像处理的应用场景
疾病诊断
辅助医生判断
通过图像处理技术，医生可以更 准确地识别病变部位，如肿瘤、 炎症等，从而提高诊断的准确率
。
定量分析
访问和使用权限。
匿名化处理
03
对医学图像数据进行脱敏和匿名化处理，保护患者隐私和数据
安全。
高性能计算技术需求
计算资源优化
采用高性能计算技术，优化医学图像处理算法， 提高处理速度和效率。
并行计算
利用并行计算技术，将医学图像处理任务分解为 多个子任务，并行处理以提高整体性能。
云计算应用
借助云计算平台，实现医学图像数据的分布式存 储和计算资源的弹性扩展。
图像分割技术
阈值分割
通过设定阈值将图像分为 感兴趣区域和背景区域， 常用于二值化处理。
区域生长
根据相似性准则将像素聚 合成区域，常用于分割连 续的物体。
分水岭算法
通过模拟水流的特性，将 图像中的区域进行分割， 适用于分割多个物体。
图像识别技术
MedicalImage1(医学图像处理概述)
2
考试方式：
能力和素质（30%）：根据作业、实验、考勤、上课提问等情况 而定。 期末考试（70%）：闭卷笔试；以教师讲授的内容为主要考试内 容范围，辅之以教材和主要参考书中的内容。
3
第一章 医学图像处理概述
1.1 医学图像处理的起源及特点 1.2 医学图像处理的概念 1.3 图像处理系统组成
1.4 医学图像处理发展动向
6
三、CT技术与三维医学图像 Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年 诺贝尔医学和生理学奖。
7
Bloch和Purcell因发现NMR现象获得 1952年诺贝尔物理学奖。
8
发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获 得1991年诺贝尔化学奖。
9
Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获 得2003年诺贝尔医学和生理学奖。
45
自从X—CT问世以来，技术有了很大的发展， 设备装置也不断地更新换代。早期的X－CT扫 描仪，数据采集与图像重建的计算过程需要较 长的时间，图像的分辨率相对比较低，而病人 接受的射线照射剂量却相对比较大。较新的X －CT装置采用多个检测器构成的扇形扫描方式， 它不仅减少了扫描与数据处理的时间，减少了 照射剂量，同时还改善了图像的分辨率。
数字矩阵
43
CT设备主要有以下三部分：①扫描部分由X线管、探测器和扫 描架组成；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存 运算；③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像 显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。CT 成像流程如图
CT装置示意图
44
x 线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和 低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显 示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明 其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中， 不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。单 位为Hu（Hounsfield unit）。 水的吸收系数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高 的骨皮质吸收系数最高，CT值定为+1000Hu，而空气 密度最低，定为-1000Hu。人体中密度不同和各种组织 的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu的2000个分度之间。
考试方式：
能力和素质（30%）：根据作业、实验、考勤、上课提问等情况 而定。 期末考试（70%）：闭卷笔试；以教师讲授的内容为主要考试内 容范围，辅之以教材和主要参考书中的内容。
3
第一章 医学图像处理概述
1.1 医学图像处理的起源及特点 1.2 医学图像处理的概念 1.3 图像处理系统组成
1.4 医学图像处理发展动向
6
三、CT技术与三维医学图像 Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年 诺贝尔医学和生理学奖。
7
Bloch和Purcell因发现NMR现象获得 1952年诺贝尔物理学奖。
8
发明MRI中Fourier重建方法的Ernst获 得1991年诺贝尔化学奖。
9
Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获 得2003年诺贝尔医学和生理学奖。
45
自从X—CT问世以来，技术有了很大的发展， 设备装置也不断地更新换代。早期的X－CT扫 描仪，数据采集与图像重建的计算过程需要较 长的时间，图像的分辨率相对比较低，而病人 接受的射线照射剂量却相对比较大。较新的X －CT装置采用多个检测器构成的扇形扫描方式， 它不仅减少了扫描与数据处理的时间，减少了 照射剂量，同时还改善了图像的分辨率。
数字矩阵
43
CT设备主要有以下三部分：①扫描部分由X线管、探测器和扫 描架组成；②计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存 运算；③图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像 显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。CT 成像流程如图
CT装置示意图
44
x 线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和 低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显 示其密度的高低，还可用组织对X线的吸收系数说明 其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中， 不用吸收系数，而换算成CT值，用CT值说明密度。单 位为Hu（Hounsfield unit）。 水的吸收系数为10，CT值定为0Hu，人体中密度最高 的骨皮质吸收系数最高，CT值定为+1000Hu，而空气 密度最低，定为-1000Hu。人体中密度不同和各种组织 的CT值则居于-1000Hu到+1000Hu的2000个分度之间。
医学图像处理
解决方案
采用图像增强技术，如去噪、对比度增强、锐化等，提高图 像质量。此外，还可以采用深度学习技术，自动识别和修复 图像中的缺陷和伪影。
人工智能在医学图像处理中的应用与前景
挑战
医学图像处理需要大量的专业知识和经验，难以覆盖所有病例和疾病类型。
解决方案
人工智能技术，特别是深度学习技术，在医学图像处理中具有广泛的应用前 景。如自动识别病变区域、辅助医生进行疾病诊断等。目前，人工智能在医 学图像处理仍处于研究阶段，但未来有望实现更广泛的应用。
数据量巨大与处理速度的要求
挑战
医学图像处理涉及大量的数据，如CT、MRI、超声等，且要求处理速度要快，以 便医生及时做出诊断。
解决方案
采用高性能计算硬件和优化算法，提高处理速度。此外，还可以采用分布式计算 和并行处理技术，进一步提高处理速度。
图像质量的改善与优化
挑战
医学图像的质量受到多种因素的影响，如设备性能、噪声、 伪影等，需要提高图像质量以便医生更准确地诊断病情。
使用MRI扫描数据重建出二维或三维的图像 。
去除MRI图像中的噪声，提高图像质量。
MRI图像增强
MRI图像分割
突出图像中的某些特征，如血管、肌肉等。
将图像中的不同组织或器官分割开来，便于 诊断和分析。
X光图像处理
X光图像去噪
去除X光图像中的噪声，提高图像质量。
X光图像分割
将图像中的不同组织或器官分割开来，便 于诊断和分析。
03
医学图像处理的应用
疾病诊断
肿瘤检测与识别
01
通过分析医学影像，医生可以检测和识别肿瘤等异常病变，提
高诊断的准确性和效率。
心脑血管疾病诊断
02
通过对心脏和血管的形态和功能进行分析，可以诊断出心脑血
医学图像处理与分析
特征提取
形状特征
提取感兴趣区域的形状特征， 如周长、面积、圆度等。
纹理特征
提取感兴趣区域的纹理特征， 如粗糙度、对比度、方向性等 。
灰度特征
提取感兴趣区域的灰度特征， 如平均灰度值、方差等。
边缘特征
提取感兴趣区域的边缘特征， 如边缘强度、边缘方向等。
图像重建
基于投影的重建
利用多个角度的投影数据重建出三维结构。
医学图像处理与分析
汇报人：可编辑 2023-12-31
目录
• 医学图像处理概述 • 医学图像处理技术 • 医学图像分析技术 • 医学图像处理与分析的应用 • 医学图像处理与分析的挑战与展望 • 医学图像处理与分析案例研究
01 医学图像处理概 述
医学图像处理定义
医学图像处理
利用计算机技术对医学影像进行分析、处理和解释，以辅助医生进行疾病诊断 和治疗的过程。
详细描述
肺结节是一种常见的肺部疾病，早期检测对于治疗和预后具有重要意义。基于深度学习 的肺结节检测算法通过对大量CT图像进行训练，学会了从图像中识别出结节的特征。 在实际应用中，该算法能够快速准确地检测出肺结节，为医生提供可靠的诊断依据。
基于MRI的脑部疾病诊断案例
要点一
总结词
要点二
详细描述
磁共振成像（MRI）是一种无创的脑部成像技术，通过分 析MRI图像可以对多种脑部疾病进行诊断。基于深度学习 的图像分析技术可以辅助医生更准确地识别病变区域。
02 医学图像处理技 术
图像增强
对比度增强
通过调整像素值，提高 图像的对比度，使图像 的细节更加清晰可见。
直方图均衡化
通过拉伸像素值的分布 范围，提高图像的整体 对比度，使图像更加均
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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