CMUCC,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,CMUCC,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,CMUCC,返回本章,1.1節(jié),1.2節(jié),1.3節(jié),1.4節(jié),要點,總結,1.5節(jié),CMUCC,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,CMUCC,第1章 醫(yī)學影像技術概論,章目錄：,醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,1,2,計算機醫(yī)學,影像,3,影響對醫(yī)學圖像評價的因素,4,醫(yī)學影像設備的分類與組成,5,CMUCC,醫(yī)學影像系統(tǒng)成像的物理共性,1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,1、CT機,CT機的分代:,主要以其線管和探測器的關系、探測器的數目、排列方式以及線管與探測器的運動方式來劃分。,第1代CT：掃描方式為平移+旋轉方式。,第2代CT：掃描方式為平移旋轉方式。,第3代CT：掃描方式為旋轉+旋轉掃描方式。,第4代CT：掃描方式為靜止旋轉掃描方式。,第5代CT：掃描方式為靜止+靜止電子束掃描方式。,2、超聲,超聲技術因為聲波的無損傷性好、對軟組織的分辨率較高，用于醫(yī)學診斷使患者在接受檢查時，可以不受到X線的照射損傷，很快被廣泛的普及應用到人體的各大組織器官的檢查中，尤其是腹部超聲檢查更是多用。,超聲檢查(二尖瓣粘連),彩色超聲檢查(胎兒發(fā)育),1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,3、磁共振,核磁共振成像也稱磁共振成像（MRI），是利用核磁共振原理，通過外加梯度磁場檢測所發(fā)射出的電磁波，據此可以繪制成物體內部的結構圖像。,超高場MRI系統(tǒng)發(fā)展十分迅速。3T系統(tǒng)用于臨床。4T系統(tǒng)已得到無明顯危險的許可。在7T系統(tǒng)上，己對幾百例健康志愿者完成無事故和無明顯安全危險紀錄的測試。在9.4T系統(tǒng)上，對成年兔及其后代未觀察到不良的生物效應。,1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,4、數字減影血管造影（DSA）,血管造影檢查是對注入血管造影劑前后的圖像進行相減，得到無骨骼、內臟、軟組織背景的清晰的血管影象，而血管的形態(tài)，結構反映了多種疾病的基本信息。,1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,5、伽馬射線,20世紀90年代推出了更新、更強的核醫(yī)學影像設備ECT，包括PET、SPECT等設備。,1.1 醫(yī)學影像技術發(fā)展歷程,GE 全數字PET-CT,GE 生產的 SPECT,PET 圖像,1.2.1 源與目標的作用,醫(yī)學影像系統(tǒng)成像主要包括以下4個共性：,1.源,源，這里是指能夠獲得醫(yī)學影像信息的物理能源?？梢允莵碇馏w外的源，如X射線源、磁場源、超聲源、電磁波源、紅外線源等，這些人體外部的能源稱為外源。,另外的一種源是注入人體內的源，如注入人體內部的同位素輻射源，或人體自身的熱輻射源等。,2.檢測器,檢測器的主要作用是在體外檢測攜帶有體內信息的信號。各種醫(yī)學影像設備中信號檢測器的種類、精度、靈敏度決定了醫(yī)學影像成像的方式和清晰度。,1.2 醫(yī)學影像系統(tǒng)成像的物理共性,1.2.2 源的控制與信號檢測,X光影像設備的性能指標主要有5個：X線光源尺寸、X線劑量、圖像分辨率、圖像灰度級和信噪比。,圖像灰度級的數量由2N決定，N是二進制數的位數，常稱為位，用來表示每個像素的灰階精度。如果N=8則有256個灰度級，圖像灰度精度的范圍為灰度分辨力，也稱為圖像的對比度分辨力。位數越大，圖像的灰度分辨力越高。,信噪比是有用的圖像信息(信號)與無用信息(噪聲)的數量之比。,1.2 醫(yī)學影像系統(tǒng)成像的物理共性,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,計算機圖像分為點陣圖(又稱位圖或柵格圖像)和矢量圖形兩大類，認識彼此的特色和差異，有助于醫(yī)學圖像的采集、轉換、存儲、輸出等編輯和分析與醫(yī)學數字圖像后處理。位圖圖像和矢量圖形沒有好壞之分，只是用途不同而已。因此，整合位圖圖像和矢量圖形的優(yōu)點，才是處理數字圖像的最佳方式。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,1 點陣圖像(Bitmap),點陣圖像，亦稱為位圖圖像，是由稱作像素的單個點按行列有序排列點陣組成的。這些點以其不同的排列位置和染色（灰階）程度構成圖（形）像。當放大位圖時，可以看見賴以構成整個圖像的無數單個不連續(xù)的方塊（點陣）。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,1 點陣圖像(Bitmap),醫(yī)學數字影像多數是二維平面的點陣圖像，記錄和描述圖像中信息的最小單元是像素點，一幅二維的醫(yī)學數字灰階影像是由M行*N列的像素點構成，其中每個像素點用28212個二進制數位來記錄該位像素的灰度值，即每個像素可以保存2564096灰度值，可見醫(yī)學圖像信息的清晰度之高和每個像素所包含及表達信息的內容之豐富。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,2 點陣圖的文件格式,點陣圖可以被保存成的文件類型很多，如*.bmp、*.pcx、*.gif、*.jpg、*.tif、Photoshop的*.psd等。,點陣圖文件大小的規(guī)律：圖形面積越大，文件的字節(jié)數越多，文件的色彩越豐富，文件的字節(jié)數越多，這些特征是所有點陣圖文件所共有的。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,3.矢量圖(vector),（1）矢量圖及矢量圖的特性,矢量圖，也稱為面向對象的圖形或繪圖圖形，數學上定義矢量圖為一系列由線連接的點。矢量圖主要由線條和色塊組成，這些圖形可以分解為單個的線條、文字、圓、矩形、多邊形等單個的圖形元素。例如：一個矩形可以通過指定左上角的坐標(x1,y1)和右下角的坐標(x2,y2)的四邊形來表示；我們還可以為每條邊線元素加上一些屬性，如邊框線的寬度、邊框線是實線還是虛線、中間填充什么顏色等等。然后把這些元素的代數式和它們的屬性作為文件存盤，就生成了所謂的矢量圖（也叫向量圖）。,1.3 計算機醫(yī)學影像,矢量圖（原始圖）,矢量圖（放大20倍圖）,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,3.矢量圖(vector),（1）矢量圖及矢量圖的特性,矢量圖形最大的優(yōu)點是無論放大、縮小或旋轉等不會失真，矢量圖形是文字（尤其是小字）和線條圖形（比如醫(yī)學線條圖）的最佳選擇；最大的缺點是難以表現色彩層次豐富的逼真圖像效果。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.1 點陣與矢量醫(yī)學影像,3.矢量圖(vector),（2）矢量圖的文件格式,矢量圖形格式Adobe Illustrator的*.AI、*.EPS和SVG、AutoCAD的*.dwg和dxf、Corel DRAW的*.cdr、windows標準圖元文件*.wmf和增強型圖元文件*.emf等等。當需要打開這種圖形文件時，程序根據每個元素的代數式計算出這個元素的圖形，并顯示出來。就好象我們寫出一個函數式，通過計算也能得出函數圖形一樣。編輯這樣的圖形的軟件也叫矢量圖形編輯器。如：AutoCAD、CorelDraw、Illustrator、Freehand等。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.2 數字醫(yī)學影像的顏色或灰度,如果采集的是彩色圖像信息，則每個像素至少需要用三個字節(jié)24位二進制數來保存RGB（紅、綠、蘭）信息，甚至有些彩色圖像每個像素的信息量達到32位40位精度?？傊畧D像的灰度或色彩的信息量越大，則醫(yī)學圖像的目視判讀的區(qū)分性越好。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.3 計算機醫(yī)學圖像的分辨率,評價醫(yī)學圖像分辨率的好壞，是由以下多種因素構成的，但最終還是看醫(yī)學影像中有診療價值信息的利用率。,1圖像分辨率,圖像分辨率是指在單位面積上包含的像素點的多少，像素越多則圖像清晰度越高。醫(yī)學圖像分辨率的高低是評價影像質量的綜合指標之一。,2時間分辨率,由于醫(yī)學影像設備采集圖像的速度不夠快，或因為人體器官連續(xù)不停地運動致使圖像產生偽影。解決此類問題的方法，就是要大大提高圖像采集的時間分辨率。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.3 計算機醫(yī)學圖像的分辨率,3空間分辨率,由于CT、MRI等影像設備可以連續(xù)采集人體器官斷層的體素信息，可以精確定位病變組織的形態(tài)大小、位置關系、功能指標等重要信息。這些體素信息其實就是空間分辨率的體現，經過計算機處理后，可以完成人體器官的三維圖像重建。,4顯示分辨率：,醫(yī)學圖像經過計算機處理后，需要通過專業(yè)的醫(yī)學圖像顯示屏（視窗）上顯示出來，供影像診療醫(yī)生使用。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,醫(yī)學圖像處理是指在完成醫(yī)學影像學檢查之后，對所獲得的圖像進行再加工的過程。目的是提高醫(yī)學圖像目視判讀的清晰度，進而提高診斷的準確率，減少漏診和誤診。,1、圖像增強,圖像增強的目的在于：采用一系列技術改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；或將圖像轉換成一種更適合于人或機器進行解譯和分析處理的形式。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,2、圖像分割,所謂圖像分割是指根據灰度、彩色、空間紋理、幾何形狀等特征把圖像劃分成若干個互不相交的區(qū)域，使得這些特征在同一區(qū)域內，表現出一致性或相似性，而在不同區(qū)域間表現出明顯的不同簡單的講，就是在一幅圖像中，把目標從背景中分離出來，便于進一步處理。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,3、邊緣檢測,數字圖像的邊緣檢測是圖像分割、目標區(qū)域的識別、區(qū)域形狀提取等圖像分析領域十分重要的基礎，是圖像識別中提取圖像特征的一個重要屬性，圖像理解和分析的第一步往往就是邊緣檢測。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,4、紋理分析,諸多研究表明:相同的組織在相同的成像條件下每次都會產生相同的紋理模式;不同組織其超聲圖像紋理特征不同;同一組織當其內部結構發(fā)生改變后,其超聲圖像的紋理特征亦不相同.利用計算機圖像處理技術可對這種紋理特征進行數理模式分析,尋找能反映紋理特征的數理參量,從而達到對組織結構特征進行評價的目的。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,5、配準與融合,醫(yī)學圖像配準是指對于一幅醫(yī)學圖像尋求一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫(yī)學圖像上的對應點達到空間上的一致。這種一致是指人體上的同一解剖點在兩張匹配圖像上有相同的空間位置。,醫(yī)學影像的融合是影像信息的融合，即利用計算機技術，將各種影像學檢查如CT-MRI，PET-CT，MRI-PET、MRI-DSA等所得到的圖像信息進行數字化綜合處理，將多源數據協(xié)同應用，進行空間配準后，產生一種全新的信息影像，以獲得研究對象的一致性描述，同時融合了各種檢查的優(yōu)勢，從而達到計算機輔助診斷的目的。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.4 醫(yī)學圖像處理常用技術,6、圖像壓縮,基本原理就是去除多余數據圖像壓縮，是指以較少的比特有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術,也稱圖像編碼。數據壓縮的目的就是通過去除這些數據冗余來減少表示數據所需的比特數。醫(yī)學圖像是醫(yī)學診斷和疾病治療的重要依據，確?；謴蛨D像的高保真度和真實性是醫(yī)學圖像壓縮首要考慮的因素。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.7 基于影像的計算機輔助外科(CAS),基于影像的計算機輔助外科包括手術模擬，術前規(guī)劃，手術導航。,1、手術模擬,手術模擬是利用各種醫(yī)學影像數據，利用虛擬現實技術在計算機中建立一個模擬環(huán)境，醫(yī)生借助虛擬環(huán)境中的信息進行手術計劃、訓練，也稱虛擬手術。虛擬手術系統(tǒng)能夠使得醫(yī)生能夠依靠術前獲得的醫(yī)學影像信息，建立三維模型，在計算機建立的虛擬的環(huán)境中設計手術過程，進刀的部位，角度，提高手術的成功率，可以預演手術的整個過程以便事先發(fā)現手術中問題。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.8 基于醫(yī)學影像的計算機輔助診斷,1966年，Ledley首次提出“計算機輔助診斷”(computer-aided diagnosis CAD)的概念。,計算機輔助診斷的過程包括病人一般資料和檢查資料的搜集、醫(yī)學信息的量化處理、統(tǒng)計學分析，直至最后得出診斷。,1.3 計算機醫(yī)學影像,1.3.8 基于醫(yī)學影像的計算機輔助診斷,1、基于影像的計算機輔助診斷的實現過程,第一步是圖像的處理過程，目的是把病變由正常結構中提取出來。,第二步是圖像征象的提取，或圖像特