医学图像处理___绪论

1、会计学1医学图像处理医学图像处理_绪论绪论23医学影像学是医学研究领域中的一个重要研究方向。医学影像由于含有极其丰富的人体信息，能以非常直观的形式向人们展示人体内部组织结构、形态或脏器的功能等。因此，医学影像已成为当前医学研究及临床诊断中最活跃的领域之一。456医学影像学X线成像可见光 成像X线 计算机 体层成像磁共振 成像红外、 微波成像放射性 核素成像阻抗 成像超声 成像外源型X-ray RadiographyX-ray CTUltrasoundOptical: Reflection, Transillumination内源型SPECTPET混合型MRI, fMRIOptical Fluo

2、rescenceElectrical Impedance7X-rayimagingCTMRIUSPETMicroimage89伦琴夫人手的X光片1895年德国物理学家伦琴（Wilhelm Conrad Rntgen，）发现一种未知的射线，称做“X”射线，并用“X”射线给他夫人的手拍照。这就是人类史上第一次科学技术医学成像。为了纪念他，人们将X射线又叫做伦琴射线。伦琴本人也因为这一重大贡献获得第一个诺贝尔物理学奖。1.1 伦琴开创了人体图像的先河 10此后，X光片应用日益广泛，今天，已经成为几乎所有医院不可或缺的常规医学检验手段。11 X射线成像是基于待成像物体各组成部分的密度不同，因而对X射线

3、的吸收不同，从而透射X射线强度差异，在乳胶片上成像的（左图）。X光图片是X射线通路上物体对射线吸收的积分效果。一个大小和密度相同的肿瘤或病灶，无论在体内前、中或后部，它在X光片上表现的图像是一样的（右图）。也就是说，X光图片不能反映组织或病灶的三维空间位置。12如果我们设想将人体水平方向上的剖面划分为许多正方形或长方形的小单元（称做象素），然后在人体周围沿园弧方向不断改变X光源及接收探测器的位置。这样，每次X射线通路上都有不同的象素组合，探测器会记录响应的强度值。采用一定的数学方法，我们可以很容易从这些记录的探测器强度值倒推出各个象素的密度。这就是反投影图像重建技术。1.2 CT技术与三维医学

4、图像13 组织组织类别类别 CT值值 (Hu) 水 0脑脊液38血液1332出血 6484脾脏5065肝脏5070钙化80300肺组织-600-800骨皮质 400脂肪-2080正常组织的CT值：该物质吸收系数；水的吸收系数；值mwwwmCT:1000单位：Hu，Hounsfield Unit14不同的CT扫描方式15Ring of DetectorsSourceSourceRotation PathX-raysObject16yxzX-Y SlicesxzyIin(x; y,z)Iout(x; y,z)(x,y; z)112292151242526272821718n所有物质的原子核都由质子

5、和中子组成，如果质子和中子的总数是奇数的话，原子核就有自旋并产生磁矩。n大多数物质都是由数个具有磁矩的原子核，例如 1H, 2H, 13C, 31Na, 31P, 等构成。19MR成像原理简介20横向弛豫与纵向弛豫自旋-晶格弛豫(spin-lattice relaxation)自旋-自旋弛豫(spin-spin relaxation)21T1 WeightedSpin Density ImageT2 Weighted22xzyyxxyzzSagitalCoronalAxial23242526美国伊利诺大学的劳特布尔（Paul Lauterbur）“核磁共振成像之父” 27Piezoelectr

6、ic crystalAcoustic absorbersBlockersImagingObjectTransmitter/Receiver CircuitControlCircuitPulseGeneration and TimingData-Acquisition Analog to Digital ConverterComputer Imaging Storage and ProcessingDisplay282930基本原理：将放射性标记的药物注射体内， 人体代谢选择的组织或介质，产生放射性发射（SPECT中的伽玛射线或PET中的正电子)。之后，这些发射的光子被体外的探测器捕获， 生成放

7、射性示踪剂的分布，得知人体的功能信息。31 PET的基本原理是在人体感兴趣的部位注入经放射性核素标记的生物活性示踪剂，例如脱氧葡萄糖、水、氨基酸和多巴胺等。核素衰变过程中产生的正电子很快与人体内的负电子结合。正负电子对湮灭时产生两个沿1800发射的光子。在人体周围圆环形排列的探测器中某一对若在该时刻同时接收到信号，就表明在这两个探测器连线上有一次核素衰变。不同方向多个探测器的计数可以反映示踪剂的空间分布位置和浓度。常使用的核素如18F、13N、15O、11C等。经过计算机对原始数据重建处理,得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况

8、。3233n 放射性药物引入人体，经代谢后在脏器内外或病变部位和正常组织之间形成放射性浓度差异，体外的核射线（射线）探头阵列将探测并记录这些差异，经晶体管放大, 光电倍增管放大,通过计算机处理成像。34Object EmittingGamma PhotonsScintillation Detector Arrays Coupled withPhotomultiplier Tubes353637382002年“中国虚拟人男1号”数据集在广州南方医科大学（原第一军医大）构建成功。2003年初，被称为“中国虚拟人女1号”的我国首例女性虚拟人数据集在南方医科大学构建成功。 39404142医学影像应用

9、 43Medical Application放射线治疗444546 47GE 1250MA心血管造影机（DSA）48GE 1250MA心血管造影机（DSA）49数字X线影像设备CR（Computed Radiography)系统 50DR（Digital Radiography ）数字放射摄影系统 DirectRay X光直接数字成像采集系统515253545556GE 1.5T 高场强磁共振扫描系统(MRI） 5758596061MRI Center, University of Rochester Medical School62HeadS/I ProjectionMRI Center, University of Rochester Medical School631 Hz2 Hz 3 Hz% 100755025Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital64Schlaug, et al, Science 267:699 (1995)6566普及型B超67便携式B超686