医学图像处理与分析_第二章 医学图像的成像模式
医学图像处理与诊断
医学图像处理与诊断随着计算机技术的不断发展，医学图像处理在医学领域中得到了广泛应用。
医学图像处理是指将医学图像进行数字化处理，对图像进行分析和识别，以提供更加准确的诊断结果。
医学图像处理是一种高精度、高速度的技术，具有非常重要的意义。
一、医学图像的成像原理医学图像的成像原理是采用一些物理学和工程学原理，将人体内部的结构转化为数字图像进行分析和识别。
医学图像范围包括但不限于常见的X线、CT、MRI、PET、SPECT等多种成像方式。
其中，X线能提供较好的骨骼成像；CT能够对身体组织提供准确的立体成像；MRI是一种功能与解剖成像相结合的技术，能够得到更为详细的图像信息；PET和SPECT则是功能成像的代表，能够通过注射放射性物质的方式，反映出身体组织的代谢情况。
二、医学图像的基本处理流程医学图像处理的基本流程包括：图像获取、预处理、特征提取、分类识别等四个环节。
1. 图像获取图像获取是医学图像处理的第一步，主要包括影像采集、图像传输、图像格式转换等。
常用的影像采集设备有CT、MRI和PET等，其中PET的图像与其他影像不同，需要先进行分析和处理后才能用于诊断。
2. 预处理预处理是医学图像处理的重要环节，可分为一系列处理步骤。
预处理的主要目的是消除图像中的噪声、增强图像对比度、提取有效信息等。
主要包括图像平滑、图像滤波、直方图均衡化等方法。
3. 特征提取在医学图像处理中，特征提取是指从图像中提取能够区分不同组织和器官的信息，以便进行后续的分类识别。
特征提取常用的方法包括卷积神经网络、人工神经网络、局部二值模式等。
4. 分类识别分类识别是医学图像处理的核心环节，通过对提取的特征进行分类，来实现对疾病的诊断和分析。
常用的分类方法包括支持向量机、随机森林、K近邻等。
三、医学图像处理的应用医学图像处理在医学领域中得到了广泛应用，主要应用于疾病的诊断、治疗和研究等方面。
1. 病灶检测医学图像处理技术能够对图像中的病灶进行检测，提高疾病的诊断准确率。
医学图像处理和分析讲义
医学影像处理与医学图像分析
医学影像处理与医学图像分析一、引言医学影像处理和医学图像分析是医学领域中重要的技术手段，通过对医学影像图像的处理和分析，可以有效地帮助医生进行疾病的诊断和治疗选择。
本文将对医学影像处理和医学图像分析的概念、方法和应用进行探讨和分析。
二、医学影像处理的概念和方法1. 医学影像处理的概念医学影像处理是指利用计算机和数字图像处理技术对医学影像进行增强、恢复、重建和分割等操作，以提高医学影像的质量和解剖结构的显示效果。
2. 医学影像处理的方法（1）图像预处理：对医学影像进行去噪、平滑、增强等操作，以消除噪声、提高对比度和增强图像细节。
（2）图像重建：利用数学模型和算法对医学影像进行重建，如CT扫描和MRI图像等。
（3）图像分割：将医学影像分割成不同的组织区域，以便进一步进行病变的分析和定位。
（4）图像配准：将多个医学影像进行配准，以实现不同模态图像的对比和融合。
三、医学图像分析的概念和方法1. 医学图像分析的概念医学图像分析是指对医学影像进行定量和定性分析，以获得病变的特征和信息，为医生进行病情评估和诊断提供依据。
2. 医学图像分析的方法（1）特征提取：从医学影像中提取与病变相关的特征，如形状、纹理、强度等特征。
（2）分类和识别：利用机器学习和模式识别方法对医学影像进行分类和识别，以实现自动化的病变检测和诊断。
（3）量化分析：对医学影像进行量化分析，如计算肿瘤的体积、测量血管的直径等。
（4）功能连接：从医学影像中提取功能连接信息，研究脑网络和疾病之间的关系。
四、医学影像处理与医学图像分析的应用1. 医学影像处理的应用（1）增强图像诊断效果：对医学影像进行增强处理，以提高疾病的检测率和诊断准确性。
（2）手术规划和导航：利用医学影像进行手术规划和导航，提高手术的安全性和精确性。
（3）教学与科研：医学影像处理技术在医学教学和科研中得到广泛应用，为医学教育和研究提供有力支持。
2. 医学图像分析的应用（1）疾病检测和定位：利用医学图像分析技术实现自动化的疾病检测和定位，如肿瘤、癌症、糖尿病等。
医学图像的处理和分析方法及其应用
医学图像的处理和分析方法及其应用医学图像处理、分析与应用是医学影像科技领域的重点之一，它广泛涉及到医学影像技术、医学学科、信息科学等多个领域。
近年来，随着医疗技术的快速发展，医学图像处理及应用逐渐成为研究的热点，很多新的算法被提出，被广泛应用于医学影像处理、诊断、手术规划、智能监测等多个方面。
本文将从医学图像处理与分析的原理、方法、应用等方面进行探讨。
一、医学图像的处理方法医学图像处理主要有以下三个部分：预处理、特征提取和分类识别。
1. 预处理预处理是指对图像的预先处理，使图像能够更好地进行后续的处理、分析和识别。
医学图像的预处理包括一系列的图像增强、滤波、归一化、分割等操作。
图像增强是一种通过对医学影像中的灰度、对比度、亮度等进行调节，使图像更加清晰、明亮、彩色鲜艳，以增强图片诊断的目的。
滤波操作是一种典型的预处理方法，它主要是通过选择合适的图像滤波算法，来消除医学图像中的噪声、产生清晰的图像轮廓、增加图像对比度、强化图像边缘等操作。
归一化操作是指将一个数据的取值范围缩放到一个标准区间，以便于后续的处理。
在医学图像处理中，归一化常常可以将像素归一到指定的像素值范围，这样可以将像素之间的差异变得小而又稳定。
分割操作是指将医学影像中的已知信息与未知信息进行分离的操作，可以将医学图像分为几个区域，以便于对每一个区域做出更加详细的分析与处理。
2. 特征提取在医学图像中，特征提取指的是将分割后的图像信息转换成一些定量的特征，以便于分析和识别。
特征提取的目的是通过从原始数据中提取有价值的特征，来构建更加准确、可靠的模型。
在特征提取方面，常用的方法包括灰度共生矩阵、零交叉率、小波变换、主成分分析等。
例如，可以通过计算癌症影像中的肿瘤边缘、形态或质量等特征来诊断某种肿瘤的类型和程度。
3. 分类识别分类识别是将医学图像划分为不同的类别和对象的过程。
分析、识别和分类是医学影像处理的基础，支持着诊断、治疗以及监测等方面的应用。
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。
医学图像处理与分析技术
医学图像处理与分析技术第一章引言医学图像处理与分析技术在医学领域中扮演着重要的角色。
随着技术的发展和医疗需求的增加，医学图像处理与分析技术已经成为了医学影像学的核心内容之一。
本章将简要介绍医学图像处理与分析技术的概念以及它在医学中的意义。
第二章医学图像处理技术2.1 医学图像获取2.1.1 X射线成像技术2.1.2 CT扫描技术2.1.3 MRI技术2.2 医学图像预处理2.2.1 图像去噪2.2.2 图像增强2.2.3 图像平滑化2.2.4 图像对比度增强2.3 医学图像分割2.3.1 像素级分割2.3.2 区域级分割2.3.3 基于边缘检测的分割2.4 医学图像配准2.5 医学图像重建2.5.1 X射线重建技术2.5.2 CT重建技术第三章医学图像分析技术3.1 特征提取3.1.1 形态学特征提取3.1.2 纹理特征提取3.1.3 像素分布特征提取3.2 模式识别3.2.1 监督学习3.2.2 无监督学习3.2.3 半监督学习3.3 机器学习算法3.3.1 支持向量机3.3.2 随机森林3.3.3 卷积神经网络第四章医学图像处理与分析技术在临床应用中的意义4.1 诊断辅助4.2 手术规划与导航4.3 疾病预测与评估4.4 药物疗效评估第五章医学图像处理与分析技术的挑战与展望5.1 数据质量问题5.2 算法的可靠性与可复现性5.3 隐私与安全性问题5.4 大数据处理问题5.5 人工智能与医学图像处理的结合结论随着医学技术的快速发展，医学图像处理与分析技术在临床应用中的重要性不断增加。
本文概述了医学图像处理与分析技术的基本内容，并对其在医学诊断、手术规划、疾病预测和评估等方面的应用进行了探讨。
然而，医学图像处理与分析技术还面临着数据质量、算法可靠性、隐私安全等问题。
未来，结合人工智能等技术的发展，医学图像处理与分析技术将有更广阔的发展前景。
医学信息技术中的医学图像处理与分析
医学信息技术中的医学图像处理与分析第一章：引言医学信息技术的发展，为医学方面的各种研究提供了更为有效和全面的手段，医学图像处理与分析技术就是其中之一。
医学图像处理与分析技术是一种在计算机技术的支持下，对医学图像进行处理和分析的技术。
随着计算机技术和数字成像技术的不断发展，医学图像处理与分析技术已经成为医学领域的一个重要组成部分。
第二章：医学图像处理技术1、医学图像获取技术医学图像的获取有多种方式，最常见的是CT、MRI等成像设备。
医学图像获取需要获得高质量的图像，以便用于后续的处理和分析，因此在获取过程中需要尽可能降低误差。
2、医学图像处理方法医学图像处理方法主要包括增强和恢复两种方法。
增强是通过对图像进行空间、频率、时域等方面的处理，使图像更加清晰、细致，便于观察和分析。
恢复则是通过一定的算法，对失真的图像进行修复和恢复。
3、医学图像分割技术医学图像分割是将医学图像中不同的组织结构或物体进行分离的过程。
医学图像中有很多干扰因素，因此医学图像分割技术需要综合考虑各种因素，采用合适的算法进行分割。
第三章：医学图像分析技术1、医学图像特征提取医学图像特征提取是指从医学图像中提取出与目的相关的特征信息的过程。
医学图像中包含丰富的信息，因此需要针对具体问题采用相应的特征提取方法，以便更好地分析出图像中的信息。
2、医学图像分类技术医学图像分类是将医学图像分为不同的类别，便于进行统计和分析。
医学图像分类技术需要结合医学专业知识和计算机技术，采用各种分类算法，以提高分类准确率和可靠性。
3、医学图像识别技术医学图像识别是针对某些特定医学问题的研究，通过对图像进行分析和处理，实现对特定病变或者不良情况的识别和预测。
医学图像识别技术需要对多种算法进行研究和应用，提高预测准确率和响应时间。
第四章：医学图像处理与分析的应用医学图像处理与分析技术已经广泛应用于医学领域的多个方面，如医学诊断、治疗、预后评估等。
在医学图像诊断方面，医学图像处理与分析技术可以帮助医生更准确地对疾病进行诊断和治疗，提高诊断的准确性和疗效。
医学影像处理和医学图像分析
医学影像处理和医学图像分析一、医学影像处理医学影像处理是指利用计算机和数字信号处理技术对医学影像进行各种操作和处理，以达到更好的图像质量和更精确的诊断效果。
医学影像处理主要包括以下几方面内容：1. 图像增强：主要包括小波变换、直方图均衡化、灰度变换等技术，可以使图像变得更清晰、更鲜明，方便医生对图像进行观察和诊断。
2. 图像重建：主要包括逆问题处理、超声成像、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）等技术，可以通过不同的成像方式来重建医学图像，使医生能够更全面地了解病情。
3. 图像分割：主要包括阈值分割、区域分割和分水岭分割等技术，可以将图像中感兴趣的部分分离出来，提取出病变区域，方便医生对病情进行定位和判断。
4. 图像配准：主要包括非刚性配准、改进型极限点法和基于形态学的方法等技术，可以将不同的医学影像进行配准，以便医生更好地观察和比较病变区域。
二、医学图像分析医学图像分析是指利用计算机图像处理技术对医学图像进行数据分析和处理，以提取有用的信息和指标，帮助医生进行准确定量的病情诊断和治疗计划制定。
医学图像分析主要包括以下几方面内容：1. 影像特征提取：主要是指通过分析和处理图像中的特征，提取出疾病特征，从而进行病情诊断和分析，如纹理特征、形状特征、空间特征等等。
2. 分类方法：主要包括机器学习技术、人工神经网络等方法，通过对已有的病例数据进行训练，从而预测未知的病情类型。
3. 回归分析：主要是指针对不同的病情特征，对未来发展趋势进行预测，以便进行更有效的治疗和干预。
4. 三维图像重建：主要使用计算机辅助设计软件（CAD）进行三维图像重建，如基于CT、MRI等病例数据，生成更直观的三维模型，便于医生进行手术规划和实施。
综上，医学影像处理和医学图像分析是医学图像处理领域中两个十分重要的方向，通过对这方面技术的研究和应用，可以为临床医生带来更为准确、高效、全面的病情诊断和治疗决策，有助于提高医疗水平和质量。
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五、核素成像
第二章 医学图像的成像模式
四、 B型超声成像 1. 成像原理
物理基础
成像原理
超声的反射与折射
超声的散射与绕射
2. 图像信息
回波强度反映介质组织的声阻抗 人体组织的声阻与衰减系数
介质 密度(g/cm3)
空气 0.001293
传统成像
一、光学成像 二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像 四、B型超声成像
分子成像
五、核素成像
成像模式总结
同步辐射光源
Synchrotron Radiation
SR：电子在磁场中以接近光速作曲线运动所产生 的电磁辐射
宽波段：具有从远红外、可见光、紫外直到X射 线范围内的连续光谱
相位成像（Phase-contrast image）－不同 折射率物质引起相位变化、对比
适用于低吸收物体或吸收差异小的物体 分辨率可达到30-40μm（普通x射线、CT成像，100μm）
100μ 0.76μ 0.4μ 300G
100 Å
0.01 Å 波长(m)
亚
毫
米 波
放射线设备
使用的频谱
医学成像
X-CT成像
X线成像
可见光 成像
磁共振 成像
医学图像
红外、 微波成像
核素成像
超声 成像
分子成像
光学显微镜
1590 年：光学显微镜－荷兰眼镜制造商Janssen Robert Hooke：发现细胞
列文虎克：第一个看到活细胞的人
• 1895年，德国物理学家伦琴发现X射线 • 1901年，伦琴获得首届诺贝尔物理学奖
X射线
NMR现象 • Bloch和Purcell因1945年发现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
d为该物质的厚度；
•由该像素对X射线的衰减系数μ 来决定
人体组织密度差异和X线影像关系表
组织 骨、钙化灶 软组织、液体
脂肪 气体
密度 高 稍低 更低 最低
吸收X线量 多 稍少 更少 最少
透过的X线量 少 稍多 更多 最多
影像 白 灰 深灰 黑
由投影重建的图像
由投影重建的图像
•体素（voxel） •像素（pixel）
第二章 医学图像的成像模式
二、 X线及X-CT成像 1. 成像原理
物理基础
成像原理
I0
I
X 射线源
检测器 I I 0 e μd
d
CT影像的像素由什么来决定 ?
I为穿过某一物质后的X射线强度； I0为射入该物质之前的X射线强度； μ 为该物质的吸收系数（不同物质的μ 值不同， 由物质的物理特性决定）；
400～450 胰腺癌 275～400
对比度增强机制 顺磁性、超顺磁性或铁磁性物质
3. MRI的一般技术性能
灵敏度： 分子成像时，高于X-CT、低于核素和光学成像
空间分辨率：稍逊于X-CT，高于其他
时间分辨率：取决于图像重建
第二章 医学图像的成像模式
一、光学成像 二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像 四、B型超声成像
2008年，钱永健等三人因（水母）绿色荧光蛋 白跟踪活体生物效应获得诺贝尔化学奖
医学图像
12
12
医学图像
13
13
第二章 医学图像的成像模式
一、光学成像
1. 常规光学成像 2. 荧光（或生物发光）成像 3. 技术性能
二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像 四、B型超声成像 五、核素成像
一、光学成像 1. 常规光学成像
SPECT原理
PET原理
五、核素成像
2. 图像信息
直接反映了体内放射性核素活度的强弱 间接反映特定功能的强弱 对比度增强：核素本身为增强剂
五、核素成像
3. 一般技术性能
灵敏度：均很高
空间分辨率 PET稍优于SPECT 总体上讲，都较低，PET/CT可以弥补
时间分辨率：取决于图像重建
CT影像的像素如何计算出来？
通过线方向上的衰减系数μ 值，来
计算各像素的衰减系数值。
•直接矩阵求解法
•逐次近似法(迭代法) •总和法(逆投影法) •卷积反投影法
1 5 4
？？ ？？
4
6
3
7
2 5 3
CT投影重建
2. 图像信息
CT值与吸收系数 水的CT值为0，空气为–1000 其他组织的值：根据水的相对值计算出来
荧光成像
3. 光学成像的一般技术性能
灵敏度：高 一般采用CCD检测 发射光波长在NIR范围，提高信噪比
空间分辨率：低 取决于光源深度
时间分辨率：可实时成像
第二章 医学图像的成像模式
一、光学成像 二、X线及X-CT成像
1. 成像原理 2. 图像信息 3. 技术性能
三、磁共振成像 四、B型超声成像 五、核素成像
同步辐射光源
SR具有更理想的对比度，但分辨率没有明显差别 同样剂量的情况下，更好的图像质量
Images of a breast sample from mastectomy surgery acquired using monochromatic beam at 16 keV (A), 17 keV (B) and 18 keV (C). For comparison the conventional digital mammography (D) is shown. The sample was fresh, unfixed, and the thickness was 2.1 cm after compression.
第二章 医学图像的成像模式
第二章 医学图像的成像模式
概述 一、光学成像 二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像 四、B型超声成像 五、核素成像
概述
•电磁波谱及其用于医学成像的波段
音频
射频
20 20k 超长 中 短 长波 波 波 波
超 短 波
微 波
频率(Hz)
红外线 可见光 紫外线 X射线 γ射线
水
0.9934
血液 1.055
软组织 1.016
肌肉 1.074
骨
1.658
脂肪 0.955
声速 特征阻抗 (m/s) (X105，瑞利)
332 0.000429 1523 1.513 1570 1.656 1500 1.524 1568 1.684 3860 5.571 1476 1.410
对比度增强 增强散射 可采用微泡
3. 一般技术性能
灵敏度： 空间分辨率：高，可达0.1mm
角度分辨率（angular resolution） 轴向分辨率（axial resolution） 时间分辨率
第二章 医学图像的成像模式
一、光学成像 二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像 四、B型超声成像 五、核素成像
物理基础
成像原理
OD
ln
I I0
ln
I0
ln I
图像信息：组织浓度
对比度增强机制 细胞HE染色 免疫组化染色
常规光学成像
2. 荧光（或生物发光）成像
物理基础
成像原理
荧光成像
荧光成像
图像信息 灰度反映特定物质的量 Fura-2 + Ca++ 探针PF1 + H2O2
1. 成像原理 2. 图像信息 3. 一般技术性能
Байду номын сангаас
第二章 医学图像的成像模式
五、核素成像 1. 成像原理
ECT：发射型计算机断层成像 单光子发射计算机断层成像(SPECT) 正电子发射成像(PET)
ECT物理基础 外源性
成像原理 核素不同
SPECT PET
检测原理及技术有所不同
三、 磁共振成像 1. 成像原理
物理基础
成像原理
2. 图像信息
氢核：1H
像素灰度：弛豫时间
三、 磁共振成像
• 同一组织在不同生理或病理状态的T1
状态 肝脏 肝炎 肝癌
T1（ms） 140～170
290 300～450
状态 肾脏 肾癌
T1（ms） 300～340
状态 胰腺
T1（ms） 200～275
第二章 医学图像的成像模式 一、光学成像 二、X线及X-CT成像
1. 成像原理 2. 图像信息 3. 技术性能
回顾
第二章 医学图像的成像模式
一、光学成像 二、X线及X-CT成像 三、磁共振成像
1. 成像原理 2. 图像信息 3. 一般技术性能
四、B型超声成像 五、核素成像
第二章 医学图像的成像模式
CTnumber
w w
k
CT值与吸收系数
对比度增强机制 密度高，与软组织差异大 碘剂 钡剂（医用硫酸钡）
二、X线及X-CT成像
3. 一般技术性能
灵敏度：较低 对密度相差不大的组织或器官区分能力不强
空间分辨率：很高 时间分辨率：取决于图像重建
第一章 数字图像及其分析系统 二、图像处理系统
CT
• Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979 年诺贝尔医学和生理学奖
MRI
• Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得 2003年诺贝尔医学和生理学奖
电子显微镜和扫描隧道显微镜
The 1986 Nobel Prize for Physics honored three of the inventors of the electron and scanning tunnel microscopes, Ernst Ruska, Gerd Binnig and Heinrich Rohrer.