医学图像处置概述培训课件.ppt

1、医学图像处置概述医学图像处置概述人类通过眼、耳、鼻、舌、身接受信息，感知世界。约有75%以上的信息是通过视觉和听觉系统获取的，而其中60以上是通过视觉系统获取的。图像能呈现丰富的视觉信息，借助于计算机技术的飞速发展，利用计算机研究和处理图像在各种领域也越来越得到广泛应用，使得我们更容易获取丰富的信息。医学图像处置概述2主要内容 1.1 医学图像的发展及分类医学图像的发展及分类1.2 数字图像处理的目的和主要内容数字图像处理的目的和主要内容 1.3 相关领域及数字图像处理系统相关领域及数字图像处理系统 1.4 数字图像处理的应用数字图像处理的应用 1.5 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展

2、动向医学图像处置概述3自1895年X线发现后所开创的医学图像学，近二十多年来发展异常迅速，也成为现代医学诊断，治疗，手术等方面最重要最有力的工具。1.1 医学图像的发展及分类医学图像的发展及分类医学图像处置概述4在成像原理和技术上：各种CT成像，磁共振成像，正电子成像，单光子成像(SPECT)，红外成像，磁成像，超声成像，微波成像，阻抗成像以及各种照影技术，内窥镜和各种可视化技术等。医学图像处置概述51.静态图像静态图像-反映某一时刻生理组织结构的图像。这是目前最常用最多数的医学诊断图像。如常规放射图像X-CT，MRI及其照影图像。把成像原理成像原理和和图像性质图像性质综合起来，医学成像不仅是

3、静态的组织结构成像，而且可以静态的组织结构成像，而且可以实现动态图像，功能成像实现动态图像，功能成像。医学图像处置概述6使用影像增强器的放射成像，可用于介入治疗，手使用影像增强器的放射成像，可用于介入治疗，手术导航等方面；术导航等方面；超声图像可观察心血管活动情况；超声图像可观察心血管活动情况；实时阻抗参数成像可以观察到呼吸变化等；实时阻抗参数成像可以观察到呼吸变化等；各种各种内窥镜内窥镜可观察到器官内部活动情况。可观察到器官内部活动情况。2.动态图像动态图像-可实时显示生理运动过程，允许较长时间观察，不仅可用于诊断，还可用于手术过程，要求在观察过程中对患者无损或尽可能少损伤。如:医学图像处置

4、概述7PET，r相机可反映组织的代谢活动；相机可反映组织的代谢活动；红外成像可反映组织的温度分布，进而推知其活动红外成像可反映组织的温度分布，进而推知其活动(化学活动新陈代谢活动化学活动新陈代谢活动)的强弱；的强弱；微波成像可以通过组织介电常数的测定反映细胞质微波成像可以通过组织介电常数的测定反映细胞质成分，血氧和心肌是否缺血；成分，血氧和心肌是否缺血；阻抗成像参数可以观察肺的呼吸，肌肉组织的含水阻抗成像参数可以观察肺的呼吸，肌肉组织的含水量，脂肪量，心肌的供血情况等。量，脂肪量，心肌的供血情况等。3.功能图像功能图像-是另外一种含义的图像，它是通过可视的特殊图像信息来反映生理过程的变化，它反

5、映的是生物组织新陈代谢，细胞活动的情况。如：医学图像处置概述84.其他人工重组的图形和图像其他人工重组的图形和图像 把各种生理信息通过计算机按一定的映射重构成一些图形或图像。使其信息内容可视化，更为形像显现，并给出一定的特征值。如脑电脑电地形图地形图，生理信号的趋势图生理信号的趋势图，频谱图频谱图等。医学图像处置概述9医学图像处置概述10医学图像处置概述11医学图像处置概述121.2 数字图像处理的目的和主要内容数字图像处理的目的和主要内容 1.2.1 数字图像处理的目的数字图像处理的目的 一般而言，对图像进行加工和分析主要有以下几个目的：（1）提高图像的视感质量。如去除图像中的噪声，改变图像

6、的亮度、颜色，增强图像中的某些成份、抑制某些成份，对图像进行几何变换等，从而改善图像的质量，或者得到意想不到的艺术效果。医学图像处置概述13 （2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析。例如，常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面，如频域特性、灰度颜色特性、边界区域特性、纹理特性等。医学图像处置概述14（3）对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。212x215 48k jpg212x215 8k jpg212x215 6k jpg212x215 2k jpg医学图像处置概述151.2.2 数字图像处理的主要内容数字图像处理的主要内容 不管

7、图像处理是何种目的，都需要用计算机图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出，因此数字图像处理研究的内容主要有以下7个过程。图像获取、表示和表现；图像复原；图像增强；图像获取、表示和表现；图像复原；图像增强；图像分割；图像分析；图像重建；图像压缩编码。图像分割；图像分析；图像重建；图像压缩编码。医学图像处置概述161.图像获取、表示和表现图像获取、表示和表现（Image Acquisition，Representation and Presentation）该过程主要是把模拟图像信号转化为计算机所能接受的数字形式，以及把数字图像显示和表现出来（如打印）。这一过程主要包括摄取图像、光电转换及数字

8、化等几个步骤。医学图像处置概述17医学图像处置概述18(2)(2)数字图像的表示方法数字图像的表示方法对连续图像 f（x，y）进行数字化空间上，图像抽样幅度上，灰度级量化xyx方向，抽样M行y方向，每行抽样N点整个图像共抽样MN个像素点医学图像处置概述19对每个像素点进行灰度级量化：对每个像素点进行灰度级量化：G=2m常取 m=6,7,8,9,10,11,12bit对应的灰度级为对应的灰度级为:64,128,256,512,1024,2048,4096级1992年年PACS规定规定DECOM3.0标准标准:所有成像系统灰度分辨率都为所有成像系统灰度分辨率都为12bit。医学图像处置概述20数字

9、图像常用矩阵来表示：),(yxf)1,1()1,1()0,1()1,1()1,1()0,1()1,0()1,0()0,0(),(NNfNfNfNfffNfffyxfNN 1,1,01,1,0NyNx），设灰度量化为灰度级8bit256(,2550),(jif医学图像处置概述21 2.图像复原图像复原（Image Restoration）当造成图像退化（图像品质下降）的原因已知时，复原技术可以对图像进行校正。图像复原最关键的是对每种退化都需要有一个合理的模型。医学图像处置概述22 3.图像增强图像增强（Image Enhancement）图像增强是对图像质量在一般意义上的改善。当无法知道图像退化

10、有关的定量信息时，可以使用图像增强技术较为主观地改善图像较为主观地改善图像的质量。所以，图像增强技术是用于改善图像视感质量所采取的一种方法。因为增强技术并非是针对某种退化所采取的方法，所以很难预测哪一种特定技术是最好的，只能通过试验和分析误差来选择一种合适的方法。使人或计算机更易观察或检测。灰度变换灰度变换、直方图修改直方图修改、图像平滑图像平滑、边缘提取边缘提取、伪彩色伪彩色处理处理等都属于图像增强的范畴。医学图像处置概述23医学图像处置概述24CTCT平扫平扫CTCT增强增强医学图像处置概述25医学图像处置概述26NormalCysticScleroticOsteoporosis医学图像处

11、置概述27 4.图像分割图像分割（Image Segmentation）把图像分成区域的过程就是图像分割把图像分成区域的过程就是图像分割。图像中通常包含多个对象，例如，一幅医学图像中显示出正常的或有病变的各种器官和组织。图像处理为达到识别和理解的目的，几乎都必须按照一定的规则将图像分割成区域，每个区域代表被成像的一个物体（或部分）。医学图像处置概述28医学图像处置概述29 5.图像分析图像分析（Image Analysis）图像处理应用的目标几乎均涉及到图像分析，即对图像中的不同对象进行分割、特征提取和表示，从而有利于计算机对图像进行分类、识别和理解。在工业产品零件无缺陷且正确装配检测中，图像

12、分析是对图像中的像素转化成一个“合格”或“不合格的判定。在有的应用中，如医学图像处理，不仅要检测出物体（如肿瘤）的存在，而且还要检查物体的大小。医学图像处置概述30 6.图像重建图像重建（Image Reconstruction）图像重建与上述的图像增强、图像重建与上述的图像增强、图像复原等不同。图像复原等不同。图像增强、图像复原的输入是图像，处理后输出的结果也是图像，而图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像，CT就是图像重建处理的典型应用实例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，并加以光照模型和各种渲染技术，能生成各种具有

13、强烈真实感的高质量图像。医学图像处置概述31医学图像处置概述32 7.图像压缩编码图像压缩编码（Image Compression Encoding）数字图像的特点之一是数据量庞大。数字图像的特点之一是数据量庞大。尽管现在有大容量的存贮器，但仍不能满足对图像数据（尤其是动态图像、高分辨率图像）处理的需要，因此在实际应用中图像压缩是必需的。如果数据不压缩，则在存储和传输中就需要占很大的容量和带宽，因而增加了成本。图像压缩的目的就是压缩数据量。图像编码和压缩标准：JPEG，MPEG(1,2,4,7)，H.261,H.263,H.264,H.230等。医学图像处置概述33图像理解图像理解图像分析图像

14、分析图像处理图像处理像素像素目标目标符号符号高层高层低层低层操操作作对对象象中层中层语语义义低低高高抽抽象象程程度度大大小小数数据据量量医学图像处置概述34图像工程与相关学科的联系和区别 图像图像（人）符号数据计算机图形学图像理解图像处理图像理解（转换）模式识别计算机视觉新 新 新理 工 技论 具 术客观世界图像分析医学图像处置概述35 图像数字化 设 备输入图像图像处理计 算 机输出图像图像输出设备医学图像处置概述36医学图像处置概述37l VC可视化编程工具可视化编程工具l MATLAB的图像处理工具箱的图像处理工具箱lPhotoshop平面图处理软件平面图处理软件医学图像处置概述38医学

15、图像处置概述391.4 数字图像处理的应用数字图像处理的应用 数字图像处理主要应用于下面的几个领域。1）通讯通讯 通讯包括图像传输、电视电话、电视会议等，主要是进行图像压缩甚至理解基础上的压缩。医学图像处置概述402）宇宙探测）宇宙探测 由于太空技术的发展，需要用数字图像处理技术处理大量的星体照片。勇气号发回的火星表面图勇气号发回的火星表面图空间探索空间探索医学图像处置概述41 3）遥感遥感 航空遥感和卫星遥感图像需要用数字技术加工处理，并提取有用的信息。主要用于地形地质，矿藏探查，森林、水利、海洋、农业等资源调查，自然灾害预测预报，环境污染监测，气象卫星云图处理以及地面军事目标的识别。医学图

16、像处置概述42 4）生物医学领域中的应用生物医学领域中的应用 图像处理在医学界的应用非常广泛，无论是临床诊断还是病理研究都大量采用图像处理技术。它的直观、无创伤、安全方便等优点备受青睐。医学图像处置概述43医学图像处置概述44NormalCysticScleroticOsteoporosis医学图像处置概述45医学图像处置概述46医学图像处置概述47医学图像处置概述48医学图像处置概述49医学图像处置概述50医学图像处置概述51医学图像处置概述53 5）工业生产中的应用工业生产中的应用 在生产线中对产品及部件进行无损检测是图像处理技术的重要应用领域。该领域的应用从70年代起取得了迅速的发展，主

17、要有产品质量检测、生产过程的自动控制、CADCAM等。医学图像处置概述54 6）军事、军事、公安等方面的应用公安等方面的应用 军事目标的侦察、制导和警戒系统、自动灭火器的控制及反伪装；公安部门的现场照片、指纹、手迹、印章、人像等的处理和辨识；历史文字和图片档案的修复和管理等。医学图像处置概述55医学图像处置概述56 7）机器人视觉机器人视觉 机器视觉作为智能机器人的重要感觉器官，主要进行三维景物理解和识别，是目前处于研究之中的开放课题。机器视觉主要用于军事侦察、危险环境的自主机器人，邮政、医院和家庭服务的智能机器人，装配线工件识别、定位，太空机器人的自动操作等。医学图像处置概述57 8）视频和

18、多媒体系统视频和多媒体系统 目前，电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成，多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输等。医学图像处置概述58 9）电子商务电子商务 在当前呼声甚高的电子商务中，图像处理技术也大有可为，如身份认证、产品防伪、水印技术等。医学图像处置概述59T照片去模糊处理：焦距模糊、运动模糊T绿幕剪影：图像合成T变脸特技：帧间插值处理T静止图像压缩：JPEG标准、网络传输T动态图像压缩：MPEG标准、VCD和DVDT数字电影院：未来电影技术 10）影视图像处理、计算机合成图像、广告、娱乐等）影视图像处理、计算机合成图像、广告、娱乐等 医学图像处置概述60计算

19、机合成图像计算机合成图像医学图像处置概述61医学图像处置概述62医学图像处置概述631.5 数字图像处理的发展动向数字图像处理的发展动向 医学图像处置概述64 （1）在进一步提高精度的同时着重解决处理速度问题。如，在航天遥感、气象云图处理方面，巨大的数据量和处理速度仍然是主要矛盾之一。（2）加强软件研究、开发新的处理方法，特别要注意移植和借鉴其他学科的技术和研究成果，创造新的处理方法。（3）加强边缘学科的研究工作，促进图像处理技术的发展。如，人的视觉特性、心理学特性等的研究，如果有所突破，将对图像处理技术的发展起到极大的促进作用。医学图像处置概述65 （4）加强理论研究，逐步形成图像处理科学自身的理论体系。（5）图像处理领域的标准化。图像的信息量大、数据量大，因而图像信息的建库、检索和交流是一个重要的问题。就现有的情况看，软件、硬件种类繁多，交流和使用极为不便，成为资源共享的严重障碍。应建立图像信息库，统一存放格式，建立标准子程序，统一检索方法。医学图像处置概述66