数字图像处理在医学上的应用
徐胜632081101020 控制理论与控制工程
摘要: 本文介绍了数字图像处理技术在医学中的应用。并且举例采用显微光学放大系统及CCD数字图像采集系统拍摄人体微血管图像在对采集的图像进行二值化。图像处理技术也是医学影像学的重要组成部分，在人体信息可视化的基础上,进一步分析、识别、分割、理解、分类等,以便医生更加直观利用信息做出临床诊断。在医学教学、研究中具有广阔的应用价值。
关键词: 数字图像处理; 二值化; CCD数字图像采集;
1 引言
自伦琴1895年发现X射线以来,在医学领域可以用图像的形式揭示更多有用的医学信息,医学的诊断方式也发生了巨大的变化。随着科学技术的不断发展,现代医学已越来越离不开医学图像的信息处理, 医学图像在临床诊断、教学科研等方面有重要的作用。目前的医学图像主要包括CT (计算机断层扫描) 图像、MRI( 核磁共振)图像、B超扫描图像、数字X 光机图像、X 射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。但是由于医学成像设备的成像机理、获取条件和显示设备等因素的限制, 使得人眼对某些图像很难直接做出准确的判断。计算机技术的应用可以改变这种状况，通过图像变换和增强技术来改善图像的清晰度, 突出重要的内容，抑制不重要的内容,以适应人眼的观察和机器的自动分析，这无疑大大提高了医生临床诊断的准确性和正确性。
数字图像处理的基本方法就是图像复原与图像增强。图像复原就是尽可能恢复原始图像的信息量,尽量保真。数字化的一个基本特征是它所固有的噪声。噪声可视为围绕真实值的随机波动, 是降低图像质量的主要因素。图像复原的一个基本问题就是消除噪声。图像增强就是通过利用人的视觉系统的生理特性更好地分辨图像细节。
与其他领域的应用相比较，医学影像等卫生领域信息更具独特性，医学图像较普通图像纹理更多，分辨率更高，相关性更大，存储空间要更大，并且为严格确保临床应用的可靠性，其压缩、分割等图像预处理、图像分析及图像理解等要求更高。医学图像处理跨计算机、数学、图形学、医学等多学科研究领域，医学图像处理技术包括图像变换、图像压缩、图像增强、图像平滑、边缘锐化、图像分割、图像识别、图像融合等等。
在此联系数字图像处理的相关理论知识和步骤设计规划系统采集和处理的具体流程同时充分考虑到图像采集设备的拍摄效果以及最终处理结果的准确性，例举了基于图像处理技术的人体手指甲襞处微血管管袢直径的测量方法。
2人体微血管显微图像的采集
人体微血管显微图像的采集采用了如图1所示的显微光学系统和图像采集系统主要由透镜模组滤镜模组光源系统电荷耦合器件以及图像采集卡等构成。
图1显微光学系统与图像采集系统示意图
为实现人体微小血管显微图像的血管直径测量整个系统图像采集和处理的具体流程如下图像采集预处理二值化提取中心线直径。。
2.1图像采集
通过显微光学放大系统及CCD数字图像采集系统拍摄人体手指甲襞处微血管图像如图2所示.图2中浅色部分为周边组织深色弯曲部分为微循环血管。
图2人体手指甲襞处微血管图像
2.2预处理
由于采集到的图像因试验测量系统和测量者个人因素存在较多噪声,通过预处理将采集到的人体手指甲襞处微血管图像进行去噪处理和灰度变换增强处理
可增加图像的对比度利用图像灰度直方图可以直观看出图像中的像素亮度分布情况大多数自然图像由于其灰度分布集中在较窄区间引起图像细节不够清晰采用直方图修正后可使图像的灰度间距拉开或使灰度分布均匀从而增加反差使图像细节更加清晰以达到增强的目的[1-3],由图3可见采集的图像经灰度变换增强处理后明显变清晰。预处理完成后再利用中心路径提取算法对所获取的图像进行进一步处理。
（a）增强处理前
（b）增强处理后
图3增强处理前后图像灰度变化
3图像处理
3.1微血管图像的二值化
二值形态学的运算对象是集合给出一个图像集合和一个结构元素集合利用结构元素对图像进行操作其中结构元素是一个用来定义形态操作中所用到的邻域的形状和大小的矩阵该矩阵仅由0和1组成可以具有任意的大小和维数数值1代表邻域内的像素在MATLAB图像处理工具箱中进行膨胀操作时输出像素值是输入图像相应像素邻域内所有像素的最大值在二进制图像中如果任何一个像素
值为1那么对应的输出像素值也为1而在腐蚀操作中输出像素值是输入图像相应
像素邻域内所有像素的最小值 在二进制图像中如果任何一个像素值为0那么其
对应的输出像素值也为09，在合适阈值的基础上选取适当结构因素合理利用膨
胀填充滤波腐蚀等操作逐步处理从而得到最终二值化后的微血管图像如图4所
示。
图4二值化后的微血管图像
3.2中心线的提取
基于Hessian 矩阵的中心线提取理论依据为：令I(x ，y)表示在(x ，y)坐标系
下的灰度值，那么微血管图像I(x ，y)可以看作是一个三维曲面[4] 即:
{(x ，y ，z ）｜z=I(x ，y)} (1)
这个三维曲面的曲率可以用Hessian 矩阵来定义:
??????=),(),(),(),()(y x I y x I y x I y x I P H yy yx xy xx (2)
由于血管截面的灰度值呈高斯分布为了提取微血管的灰度信息便于进行计
算笔者采用高斯函数对图像的二阶微分做卷积，即：
I y x h y x I ab ab ),(),(= (3)
式中a ，b 表示x ，y 的某一个取值。对于血管中心线上的点，其绝对值较小
的特征值对应的特征向量表示曲面曲率小的强度和方向；而绝对值较大的特征值
对应的特征向量表示曲面曲率大的强度和方向，这两个特征向量正交。
利用Hessian 矩阵跟踪二维微血管图像中心线主要包括以下步骤：
(1)设微血管上的任意一点P ，其坐标为(x ，y)，将其Hessian 矩阵的两个特
征值按照从小到大的顺序排列，即21λλ≤，并且不同特征值对应的特征向量为
21v v ≤，则1v 与2v 决定了与中心线垂直的横断方向。
(2)如果点P 满足以下条件,则P 点为微血管中心线上的
点:①
()001.0)(2221
。据此构
建出的微血管图像的中心路径如图5所示。
图5二值化后的微血管图像提取中心线
3.3直径的测量
沿微血管中心线方向测量血管图像垂直中心的径长作为微血管的直径。对管袢附近的微血管进行多次测量，计算出这些测量值的平均值作为最终微血管管袢的直径。图6为微血管轮廓与提取的中心线示意图。
图6为微血管轮廓与提取的中心线示意图
设()i i y x ,为中心线上任意一点利用中心线上的多点拟合获得直线的斜率从而进一步获得中心线的垂线方程为:
011=++--i i i i y x k y x k (4)
由中心线上点出发分别向两个方向搜索中心线垂线与边界的交点 当搜索到的点D 为边界点并且该点到垂线的距离满足:
2
2
111≤
+++
--=i i i i k y x k b a d (5) 根据搜索得到的两个相交点为()11,y x D 和()22,y x G 按下式计算()i i y x C ,点处微血管的直径为:
2
12212)()(y y x x d -+-= (6)
图7为计算微血管直径的示意图:
图7为计算微血管直径的示意图
4 医学图像处理的应用和意义
在人体手指甲襞微血管管袢直径测量的整个过程中完全使用计算机进行图像的采集预处理以及微血管的分割提取二值化和计算排除了人为测量的不精确性和误差提高了测量结果的可靠性。
随着信息技术的飞速发展和计算机应用水平的不断提高，利用计算机断层成像、正电子放射层析成像、单光子辐射断层摄像、磁共振成像、超声成像及其它医学影像设备所获得的图像被广泛应用于医疗诊断、组织容积定量分析、病变组织定位、解剖结构学习、治疗规划、功能成像数据的局部体效应校正、计算机指导手术和术后监测等各个环节。
医学图像处理借助于计算机图形、图像技术,使医学图像的质量和显示方法得到了极大的改善。
这不仅可以基于现有的医学影像设备来极大地提高医学临床
诊断水平,而且能为医学培训、医学研究与教学、计算机辅助临床外科手术等提供数字实现手段,为医学研究与发展提供扎实的基础,具有不可估量的价值。下面列出医学图像处理的一些具体应用和意义。
4.1辅助医生诊断
通过图形图像技术,可以对医学图像进行缩放、旋转、对比度调节、三维重建等处理,便于医生从多角度、多层次进行观察和分析,对病变区进行定性定量分析,从而提高医疗诊断的准确性和正确性。
4.2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,因此不可能对患者进行多角度的扫描,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。
4.3放射治疗
在这个领域中计算机技术主要用来进行精确定位,根据影像数据得到的图像,确定进行放射性治疗的特定部位,从而引导仪器进行精确定位,避免正常组织遭受不必要的放射性照射。
4.4手术教学训练
通过断层扫描技术可以获得一系列人体某个部分的二维切片图像。对这些切片数据进行计算机三维重建,能够获得人体部位的三维模型,医生可以对三维模型进行手术仿真。在虚拟环境中进行手术,不会发生严重的意外,能够提高医生的协作能力,尤其在修补术方面有着重要的应用前景。
4.5辅助手术计划和手术导航
计算机辅助手术计划系统根据患者影像数据在术前规划手术方案,甚至进行手术模拟, 以提高手术成功的几率。计算机辅助手术导航系统根据患者在术前的影像数据构建手术部位的解剖空间,并将其和由定位技术控制的实时手术空间相重叠,由此引导手术按预定的正确进程进行[5]。这个系统常和计算机辅助手术计划系统结合在一起使用。由于计算机的介入,使得传统的外科手术可以更加精确, 对患者的损伤更加微小。
4.6虚拟内窥镜
现有的内窥镜技术存在一个共同的缺陷,就是必须往患者体内插入内窥探头。一般来说,探头都是机械装置,因而会给患者带来很大的痛苦。计算机虚拟现实技术的出现为减轻这一痛苦带来了可能,这就是虚拟内窥镜技术。虚拟内窥镜技术可以检查传统方法无法到达的区域,甚至深入实体内部进行观察,还具有交互性、局部细节放大、可重复观察等优势。
4.7治疗规划
在这个领域中,计算机技术主要用于在患者治疗期间观察药物、放射或其他治疗所引起的身体病变部位的局部变化,对疗效进行评估,并根据评估结果有效调整治疗方案。
4.8远程医疗
实现在Internet上发布PACS系统产生的基于DICOM标准的医学图像, 使用浏览器显示、处理医学图像,有利于远程医疗系统、区域间PACS系统和HIS (Ho spital Information System , 医院信息系统) 系统融合及医疗信息系统集成的应用和发展, 集中体现了远程医疗系统发展的必然趋势[6]。
4.9 医学图像融合技术提升卫生信息的利用效率
不同形式的探测器（如MRI，CT，PET，SPECT等）被广泛用于医学图像
采集，医护人员通过这些图像采集设备和技术得到影像，而并不易得到和利用各信源的综合信息，对同一病患医护人员可能需要使用不同设备采集多次信息，这增加了看病成本，也不利于信息共享的实现。
为了综合使用多种成像模式以提供更全面的信息，根据多种成像模式提供的信息的互补性，医学图像处理技术可以通过配准使多幅图像在空间域中达到几何位置的完全对应，并通过融合将配准后图像整合后显示给用户。
医学图像融合是根据需要综合处理多源通道的信息，为有效提高图像信息的利用率、系统对目标探测识别的可靠性及系统的自动化程度，利用图像处理和计算机技术等综合多源信道所采集到的关于同一目标的图像数据，消除多元信道信息之间的冗余和矛盾，增强影像中信息透明度，改善解译的精度、可靠性等，以完整、准确地描述目标信息[7]。
5结束语
计算机技术的迅速发展和图形图像技术的日渐成熟,图像处理显得越来越重要，数字图像处理技术正在向处理算法更优化处理速度更快处理后的图像清晰度更高的方向发展实现图像的智能生成处理识别和理解是数字图像处理的最终目标小至个人的生活工作大到宇宙探测和遥感技术的应用数字图像处理技术是其他任何技术都无法替代的，随着卫生信息化的发展，医学成像技术得到越来越广泛的应用，为了向临床诊疗和病理学研究提供可靠依据，需要利用图像处理来将图像中具有特殊含义的不同区域分割开来，并使分割结果尽可能的接近解剖结构，或从医学图像中提取感兴趣区域。
同时，医学图像处理在特征提取、定量测量以及人体器官三维重建等许多医学图像分析与理解应用中也起着关键作用。加快医学图像分割技术研究，利于快速、准确的医疗诊断应用,开创了数字医疗的新时代。特别是近年来,随着远程医疗的蓬勃发展,对医学图像处理与分析提出的要求也越来越高,但是其中还有很多亟待解决的问题,总之,医学图像处理与分析作为提升现代医疗诊断水平的有效手段,必将在医疗信息研究领域受到更多的关注。所以我们任重而道远努力去探究这门技术让它发挥得更加淋漓尽致。
参考文献:
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C h a p t e r1 1.A n i m a g e m a y b e d e f i n e d a s a t w o-d i m e n s i o n a l f u n c t i o n,f(x,y),w h e r e x a n d y a r e s p a t i a l c o o r d i n a t e s,a n d t h e a m p l i t u d e o f f a t a n y p a i r o f c o o r d i n a t e s (x,y)i s c a l l e d t h e i n t e n s i t y o r g r a y l e v e l o f t h e i m a g e a t t h a t p o i n t. 2.I m a g e p r o c e s s i n g i n c l u d e s i m a g e a c q u i s i t i o n,i m a g e s t o r a g e,i m a g e t r a n s m i s s i o n a n d d i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g. 3.L o w l e v e l p r o c e s s i n v o l v e s p r i m i t i v e o p e r a t i o n s s u c h a s i m a g e p r e p r o c e s s i n g t o r e d u c e n o i s e,c o n t r a s t e n h a n c e m e n t,a n d i m a g e s h a r p e n i n g. 4.M i d-l e v e l p r o c e s s i n v o l v e s t a s k s s u c h a s s e g m e n t a t i o n,d e s c r i p t i o n,a n d c l a s s i f i c a t i o n (r e c o g n i t i o n)o f i n d i v i d u a l o b j e c t s. 5.A s f o r m i d-l e v e l p r o c e s s,i t s i n p u t s a r e i m a g e s,b u t i t s o u t p u t s a r e a t t r i b u t e s e x t r a c t e d f r o m t h o s e i m a g e s. 6.D i g i t a l i m a g e p r o c e s s i n g e n c o m p a s s e s p r o c e s s e s w h o s e i n p u t s a n d o u t p u t s a r e i m a g e s a n d,i n a d d i t i o n,e n c o m p a s s e s p r o c e s s e s t h a t e x t r a c t a t t r i b u t e s f r o m i m a g e s,u p t o a n d i n c l u d i n g t h e r e c o g n i t i o n o f i n d i v i d u a l o b j e c t s. 7.I m a g e r e s t o r a t i o n i s b a s e d o n m a t h e m a t i c a l o r p r o b a b i l i s t i c m o d e l s o f i m a g e d e g r a d a t i o n. 8.I m a g e c o m p r e s s i o n i s t o r e d u c e t h e s t o r a g e r e q u i r e d t o s a v e a n i m a g e,o r t h e b a n d w i d t h r e q u i r e d t o t r a n s m i t i t. 9.M o r p h o l o g i c a l p r o c e s s i n g i s t o e x t r a c t i m a g e c o m p o n e n t s t h a t a r e u s e f u l i n t h e
数字图像处理的应用 数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号，并通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。 数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响：一是计算机的发展；二是数学的发展;三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。 进行数字图像处理所需要的设备包括摄像机、数字图像采集器（包括同步控制器、模数转换器及帧存储器）、图像处理计算机和图像显示终端。 图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。 接下来，就讨论一下数字图像处理在医学上的应用。 自发现X射线以来,在医学领域可以用图像的形式揭示更多有用的医学信息,医学的诊断方式也发生了巨大的变化。随着科学技术的不断发展,现代医学已越来越离不开医学图像的信息处理。 目前的医学图像包括CT图像、核磁共振图像、B超扫描图像、数字X 光机图像、X 射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。由于人眼识别度等客观因素的影响，大部分的图像需要依靠计算机的帮助。随着数字图像处理技术的发展，对这些图像的分析以及处理，会变得更加快捷，分析的结果也会更加精准。
与其他领域的应用相比较，医学影像等卫生领域信息更具独特性，医学图像较普通图像纹理更多，分辨率更高，相关性更大，存储空间要更大，并且为严格确保临床应用的可靠性，其压缩、分割等图像预处理、图像分析及图像理解等要求更高。 首先，对于一个病例，要进行图像采集，由于采集到的图像因试验测量系统和测量者个人因素存在较多噪声,所以要先通过预处理对图像进行去噪处理和灰度变换处理等使其变得较为清晰。预处理完成后再利用中心路径提取算法对所获取的图像进行进一步处理。 接下来要做的就是图像处理。 先对图像二值化，二值形态学的运算对象是集合给出一个图像集合和一个结构元素集合利用结构元素对图像进行操作。然后做中心线的提取等。 使用计算机进行图像的采集预处理以及二值化和计算排除了人为测 量的不精确性和误差提高了测量结果的可靠性。 随着信息技术的飞速发展和计算机应用水平的不断提高，利用计算机断层成像、正电子放射层析成像、单光子辐射断层摄像、磁共振成像、超声成像及其它医学影像设备所获得的图像被广泛应用于医疗诊断、组织容积定量分析、病变组织定位、解剖结构学习、治疗规划、功能成像数据的局部体效应校正、计算机指导手术和术后监测等各个环节。 医学图像处理借助于计算机图形、图像技术,使医学图像的质量和显示方法得到了极大的改善。这不仅可以基于现有的医学影像设备来极
1.单元数组：单元数组中的数据成员是用数字来标识的，是每一个元素为一个单元的数组 2.结构体：结构体的数据成员是用名称来标识的，组成成员为字段，结构体采用点号来调 用（访问）字段中的数据；７ 3.灰度图像：灰度图像对应着一个数据矩阵（二维数组），数组元素的值表示图像在该位 置上的亮度值；２３ 4.二值图像：灰度级为2的图像就是二值图像，二值图像只有两个颜色，黑与白；２３ 5.RGB图像：RGB图像有三个颜色值，用mxnx3数组表示，分别表示红色值。绿色值、蓝 色值；２３ 6.HSV图像：ＨＳＶ图像也是用mxnx3数组表示的，三个矩阵分别表示色彩值、饱和度、 亮度；２４ 7.索引图像：索引图像由数值矩阵和颜色映射数组组成，数值矩阵是每个像素的颜色索引 编号，通过这个编号到颜色数组中寻找颜色；２４ 8.ＪＰＥＧ图像ＪＰＥＧ标准时目前比较流行的连续色调静止画面标准，是一种很灵活的 格式，具有调节图像质量的功能，允许用不同的压缩比列对文件进行压缩，支持多种压缩级别；２７ 9.ＧＩＦ图像：ＧＩＦ文件的数据时一种基于ＬＺＷ算法的、连续色调的无损压缩的格式， 分为静态ＧＩＦ和动画ＧＩＦ两种；２７ 10.ＭＰＥＧ图像：是国际标准化组织制定的标准，可以压缩视频、音频。动画数字形式； ２９ 11.基于图像的动画制作：动画效果是由一幅幅图形变化产生的，如果这些图形来自于图像， 那么就称改动画为基于图像的动画；３１ 12.最近邻插值方法：最近邻插值方法是ｉｍｒｅｓｉｚｅ函数默认的插值方法，就是令变 换后像素的灰度值等于距它最近的输入像素的灰度值；３９ 13.双线性插值方法：双线性插值是由两个变量的插值函数的线性插值扩展，其核心 思想是在两个方向分别进行一次线性插值；４１ 14.双立方插值方法：“双”的意思就是在计算了横向插值影响的基础上，把上述运算 拓展到二维空间，再计算纵向插值影响的意思，双立方插值的每个插值是由它附近的（4 x 4）个邻近象素值推算出来的，双立方插值算法能够得到相对清晰的画面质量，不过计算量也变大；４１ 15.领域操作：是指在图像操作时，输入要处理的像素的某领域内各个像素值，输出 要处理的像素的新值；４８ 16.分离块操作：使用函数ｃｏｌｆｉｌｔ进行图像领域ｄｉｓｔｉｎｃｔ操作５６ 17.图像增强：是对图像进行操作，得到视觉更好或者更有用的新图像；５９ 18.灰度调整：灰度调整方法是基于灰度直方图的一种图像增强方法，增加灰度图像 的明暗对比度，使图像变得更加清楚；６０ 19.图像滤波：滤波是一种应用广泛的图像处理技术，可以通过滤波来强调或删除图 像的某些特征，滤波是一种领域操作，即处理后的图像每个像素值是原来像素周围的颜色值经过某种计算得到的；６９ 20.图像矩阵的特征值：设 A 是n阶方阵，如果存在数m和非零n维列向量x，使得 Ax=mx 成立，则称m 是A的一个特征值。非零n维列向量x称为矩阵A的属于（对应于）特征值m的特征向量；８４
医学图像处理复习重点 1、图像：事物的一种表示、写真或临摹，…..，一个生动的或图形化的描述，是对事物的一种表示。 2、图像的分类：（1）数学函数产生的图像（2）可见的图像（3）不可见的物理图像 3、图像表示：常见图像是连续的，用f（x,y）表示一幅图像，其中x,y表示空间坐标点的位置，f 表示图像在点（x,y）的某种性质的数值，如亮度等。f ,x,y可以是任意实数。 4、数字图像处理的定义（两方面）：对一个物体的数字表示施加一系列的操作以达到某种预期的结果，它包括以下两方面内容：（1）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。（2）将一幅图像转化为一种非图像的表示，如一个决策等。 5、数字图象处理系统的基本组成结构：（1）图象数字化设备：扫描仪、数码相机、摄象机与图象采集卡等。（2）图象处理计算机：PC、工作站等，它可以实现通信（通信模块通过局域网等实现网络传输图像数据）、存储（存储模块采用磁盘、光盘）和图像的处理与分析（主要是运算，用算法的形式描述，用软件实现）。（3）图象输出设备：打印机等。 6、研究的内容：（1）图像增强技术（2）图像配准技术（3）图像分割技术（4）图像三维显示技术（5）医学图像数据库 7、黑白图像：是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为2值图像。2值图像的像素值为0、1。 8、灰度图像：每个象素的亮度用一个数值来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度。以上两种为非彩色图像。 9、彩色图像：彩色图象可以用红、绿、蓝三元组的二维矩阵来表示。通常，三元组的每个数值也是在0到255之间，0表示相应的基色在该象素中没有，而255则代表相应的基色在该象素中取得最大值，这种情况下每个象素可用三个字节来表示。 10、像素的性质：图像是由一些极小尺寸的矩形小块组合而成的。组成图像的这种最小基本元素称作象素（Pixel）。 例如，一幅MR图像在水平方向上有256个象素，垂直方向上也有256个象素。整幅图像共有256=65536 256个象素。这就是图像的大小（size），又称作图像的尺度。图像尺度的计算公式为 S＝Nx*Ny 11、物理尺寸：象素本身也有自己的大小，即对应实际物体空间的大小。 12、强度：对于黑白图像来说，图像的强度是用灰度的等级（Gray level）表示的。灰度等级往往用2的整数次幂表示，例如8bit（256 个灰度等级）。 13、图像的运算（算术运算加减乘除较多、逻辑运算较少）： 13.1算术运算 13.1.1加法运算的定义：C(x,y) = A(x,y) + B(x,y) 主要应用举例：（1）去除“叠加性”噪音（2）生成图象叠加效果 （1）去除“叠加性”噪音 对于原图象f(x,y),有一个噪音图象集{ gi(x,y) } i =1,2,...M其中：gi(x,y) = f(x,y) + h(x,y)iM 个图象的均值定义为：g(x,y) = 1/M (g0(x,y)+g1(x,y)+…+ gM(x,y))当：噪音h(x,y)i为互不相关，且均值为0时，上述图象均值将降低噪音的影响。 （2）生成图象叠加效果 对于两个图象f(x,y)和h(x,y)的均值有：g(x,y) = 1/2f(x,y) + 1/2h(x,y)会得到二次暴光的效果。推广这个公式为：g(x,y) = αf(x,y) + βh(x,y)其中α+β= 1我们可以得到各种图象合成的效果，也可以用于两张图片的衔接
| 姓 名~ 】） 牡丹江医学院医学影像学院 — ]
% % & : > 、 1、医学图像处理是对 A：CRR B：DORI C：MRI D：USA 成像方法及图像处理方法的研究。 。 2、PET A：正电子发射型计算机断层 B：单光子发射型计算机断层 C：磁共振扫描断层 D：多普勒超声技术 3、医学图像前处理包括对 A：光学显微成像的处理 B：电子显微镜图片处理 C：内窥镜图像处理 D：CT的成像方法的研究 - 4、医学图像后处理包括对 A：MRI成像方法的研究 B：医学影像设备所成像的处理与研究 C：USI成像方法的研究 D：CT的成像方法的研究 5、以下医学影像设备正确的是 A：PECT B：SPECT C：MIR D：SUI （ 6、DSA A：数字剪影血管造影 B：磁共振功能成像 C：磁共振血管造影 D：数字放射摄影 7、fMRI A：数字剪影血管造影 B：磁共振功能成像 C：磁共振血管造影 D：数字放射摄影 - 8、医学超声成像的优点 A：对比度高 B：图形的重复性不依赖于操作人员 C：对人体无辐射损伤 D：可对全身所有器官进行检查
9、CT成像的特点 A：全方位成像 ` B：分辨率差 C：组织重叠 D：可实现断层解剖学成像 10、核医学 成像的特点 A：无放射危害 B：分辨率高 C：功能性成像 D：主要实现断层解剖学成像 11、MRI成像的特点 A：使用造影剂 | B：利用声音回波 C：无电离辐射 D：只能横断面断层 12、哪一个不是医学影像成像 A：PET B：SPECT C：fMRI D：DSAT 13、现代医学影像技术的发展方向 A：数字向模拟方向发展 ~ B：组织形态学成像向功能性成像发展 C：由立体像平面方向发展 D：由融合向单一成像技术发展 14、医学图像可以分为哪两类 A：结构图像与局部图像 B：结构图像与功能图像 C：功能性成像与立体成像 D：静态图像与动态图像 ！ * 【 ~ ; 15、核医学成像主要是取决于 A：脏器或组织的血流与细胞功能 B：成像设备的磁场强度 C：成像设备的X射线强度 D：人体组织与器官的氢原子数含量 16、融合技术应用于医学成像的目的是 A：使两张图片更好的连接 B：同时显示功能性信息及解剖学位置 C：方便比较两张医学图片的对比度 ￥ D：实现断层解剖学成像的3D显示 17、分子影像学是 A：探测构成疾病基础的分子异常 B：详细观察体内分子的细微结构 C：研究人体内分子的发光特点 D：研究探针的运动轨迹 18、那种融合技术有应用价值
^ | You have to believe, there is a way. The ancients said:" the kingdom of heaven is trying to enter". Only when the reluctant step by step to go to it 's time, must be managed to get one step down, only have struggled to achieve it. -- Guo Ge Tech 医学图像处理技术 摘要：随着医学成像和计算机辅助技术的发展，从二维医学图像到三维可视化技术成为研究的热点，本文介绍了医学图像处理技术的发展动态，对图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。在比较各种技术在相关领域中应用的基础上，提出了医学图像处理技术发展所面临的相关问题及其发展方向。关键词：医学图像处理；图像分割；图像配准；图像融合；纹理分析 1．引言 近20 多年来，医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一，其结果使临床医生对 人体部病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。20 世纪70 年代初，X-CT 的发明 曾引发了医学影像领域的一场革命，与此同时，核磁共振成像象(MRI :Magnetic Resonance Imaging)、超声成像、数字射线照相术、发射型计算机成像和核素成像等也逐步发展。计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础，带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。各种新的医学成像方法的临床应用，使医学诊断和治疗技术取得了很大的进展，同时将各种成像技术得到的信息进行互补，也为临床诊断及生物医学研究提供了有力的科学依据。 在目前的影像医疗诊断中,主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体,往往需要借助医生的经验来判定。至于准确的确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围生物组织的空间关系,仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此,利用计算机图象处理技术对二维切片图象进行分析和处理,实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示,可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析,可以大大提高医疗诊断的 准确性和可靠性。此外,它在医疗教学、手术规划、手术仿真及各种医学研究中也能起重要的辅助作用。 本文对医学图像处理技术中的图像分割、纹理分析、图像配准和图像融合技术的现状及其发展进行了综述。 2．医学图像三维可视化技术 2.1三维可视化概述 医学图像的三维可视化的方法很多，但基本步骤大体相同，如图.。从#$ /&’(或超声等成像系统获得二维断层图像，然后需要将图像格式（如0(#1&）转化成计算机方便处理的格式。通过二维滤波，减少图像的噪声影响，提高信噪比和消除图像的尾迹。采取图像插值方法，对医学关键部位进行各向同性处理，获得体数据。经过三维滤波后，不同组织器官需要进行分割和归类，对同一部位的不同图像进行配准和融合，以利于进一步对某感兴趣部位的操作。根据不同的三维可视化要求和系统平台的能力，选择不同的方法进行三维体绘制，实现三维重构。
计算机医学图像处理 摘要: 本文着重介绍了计算机在医学图像处理方面的应用。主要表现为 CT、数字减影技术、超声图像以及目前正在国际上兴起的体视化技术( Volume Visualization) 等。 关键词: 计算机医学图像体视化技术 1医学图像的种类及其分类 1. 1医学图像种类 现代医学离不开医学影像( 图像) 信息的支持。 而医学研究和临床诊断所需要的医学影像是多种多 样的, 如病理切片图像、X 射线透视图像、CT 和 MRI 扫描影像、核医学影像、超声影像、红外线热成 像图像及窥镜图像等等。 1. 2医学图像分类及用途 功能各异的医学影像分为结构影像技术和功能 影像技术两大类。前者主要用于获取人体各器官解 剖结构图像, 借助此类结构透视图像, 不需要解剖检 查, 医学人员就可以诊断出人体器官的器质性病变。 CT 及MRI 便属于此类结构影像的代表。 然而在人体器官发生早期病变, 但器官外形结 构仍表现为正常时, 器官的某些生理功能, 如新陈代 谢等却开始发生异常变化。此时采用结构影像做结 构解剖性检查便无法及时诊断出病变的器官, 而需 借助基于SPECT 及PET 的功能影像技术。功能影 像能够检测到人体器官的生化活动状况, 并将其以 功能影像的方式呈现出来。 2计算机对医学图像的处理应用 2. 1直接控制成像过程( CT ) 的应用 CT 的本质是一种借助于计算机进行成像和数 据处理的断层图像技术。虽然X 线透视和照相可使 人们了解人体的内部结构, 断层摄影可粗略地表示 病灶的位置, 影像增强系统和静电摄影提高了透视 和断层摄影的分辨率, 但只有CT 通过计算机在排 除散射线和重叠影像的干扰并对X 线人体组织吸 收系统矩阵作定量分析后, 才从根本上解决了分辨 率问题。与普通的X 线透视横断层图像不同的是在 CT 技术中, 用测量X 线强度的检测系统代替作为图像接受器的胶片, X 线管与检测器系统同步旋转 运动: 用检测器以数据矩阵形式多次采集的投影值, 依据反投影原理和一定的数学模型重建图像代替一 次投影直接成像。总之, 计算机在CT 系统中的作用 是至关重要的。它要完成测量数据的采集、图像建 立、图像重建、图像评价和图像存储等任务, 它还要 将透过人体的X 线所组成的数字矩阵经处理、运算 后又变为可见的图像输出。没有计算机技术, CT 设
填空题 1、（像素）是组成数字图像的基本元素 2、经过（采样）和（量化）两个过程，模拟图像就可以转化成数字图像 3、（采样）是指将空域上或时域上连续的图像(模拟图像)变换成离散采样点(像素)集合的一种操作。 4、在进行采样时，（采样间隔）的选取是一个非常重要的问题，它决定了采样后图像的质量，即忠实于原图像的程度。 5、（量化）就是把采样点上表示亮暗信息的连续量离散化后，用数值来表示的过程。 6、由模拟图像转换的数字图像质量由两个指标来衡量，分别是（采样密度）和（采样频率）。 选择题： 1、根据一维采样定理，若一维信号g(t)的最大频率为ω，以（ A ）为间 隔进行采样，则能够根据采样结果g(iT) (i=…， -1， 0， 1，…)完全恢复g(t) A T≤1/2ω B T≤ω C T≥1/2ω D T≥ω 2、连续图像经过采样之后所获得的数字图像的效果与以下（AB）评价参 数有关。 A采样密度B采样频率 C 灰度值 D 量化等级 3、一般，当限定数字图像的大小时，为了得到质量较好的图像可采用如下 原则：AB
A对缓变的图像，应该细量化，粗采样，以避免假轮廓 B对细节丰富的图像，应细采样，粗量化，以避免模糊（混叠） C对缓变的图像，应该粗量化，细采样，以避免假轮廓 D对细节丰富的图像，应粗采样，细量化，以避免模糊（混叠） 4、以下对矢量图的描述正确的是（ BC ）矢量图图像使得具有两个优点： 一是它的文件数据量很小；二是图像质量与分辨率无关 A 公式化表示 B文件数据量小 C图像质量与分辨率无关 D容易表示颜色丰富的图形 5、以下（ BCD ）属于位图： A线画稿 B灰度图像 C索引颜色图像 D真彩色图像 6、以下哪些描述是正确的CD A灰度直方图表示了图像的空间信息 B一幅灰度直方图对应一幅图像 C子图直方图之和为整幅图的直方图 D直方图反映了图像中某灰度的像素 数量 简答题： 1、与模拟图像比较，数字图像具有的特点和优势表现在那几个方面？并 解释模拟图像和数字图像的概念。 答：数字图像的优势和特点表现在：节省由于存储胶片需要的很大存储空间； 能够根据临床或医生的要求，对数字化图像进行各种后处理，可增加显示信息的能力；对模拟图像手工查找需要浪费大量时间，胶片的归档容易出错，图像数字化后纳入PACS就可以解决这个问题；利用模拟图像使得远 程会诊不便，以人工送胶片的方式传递信息，不仅传递时间长，延误诊断，
第一次练习 1.X线在人体内的透过率从大到小，其正确排列为：气体、脂肪、液体及软组织、骨。 2.X线成像因素是：( A ) A.密度与厚度 B.T1弛豫时间 C.T1弛豫时间 D.流空效应 3.与X线诊断和治疗无关的特性： ( B ) A.穿透性 B.衍射作用 C.荧光效应 D.摄影效应 4.X线检查方法的选用原则不包括：( D ) A.保证病人安全 B.检查结果准确 C.操作简便，费用低廉 D.在门诊即能检查 5.关于MRI检查安全性论述，错误的有： ( D ) A.体内有金属异物、人工铁磁性关节等不应进行MRI检查； B.带有心脏起搏器患者禁止MRI检查； C.幽闭症患者不宜做MRI检查； D.早期妊娠妇女接受MRI检查肯定是安全的 6.以下CT优于MRI检查的是：( B ) A.软组织分辨率高 B.显示钙化灶 C.多参数成像 D.多切层成像 7.哪一项不是MRI的优点与特点（ D ） A.无电离辐射 B.多切层多参数成像 C.软组织分辨率高 D.可显示钙化灶此项 8.彩色多普勒血流显像特点，错误的是： ( D ) A.血流朝向探头，显示红色； B.血流背离探头，显示蓝色； C.血流朝向或背离探头，流速高均显示亮度大； D.动脉血流显示为红色 9.下列X特性中用于诊断的是（ ADE ） A.穿透性 B.生物效应 C.电离效应 D.感光效应 E.荧光效应 10.请指出X线检查三大类别（ ACE ） A.常规检查 B.电视透视 C.特殊摄影检查 D.体层摄影 E.造影检查 11.产生X线必须具备的条件是（ BDE ） A.光电管 B.电子源 C.旋转阳极 D.适当的障碍物（靶面）
医学图像处理综述 墨南-初夏2010-07-24 23:51:56 医学图像处理的对象是各种不同成像机理的医学影像。广泛使用的医学成像模式主要分为X射线成像(X—CT) ，核磁共振成像(MRI)，核医学成像(NMI)和超声波成像(UI) 这四类。 （1）x射线成像：传统x射线成像基于人体不同器官和组织密度不同。对x射线的吸收衰减不同形成x射线影像。（例如人体中骨组织密度最大，在图像上呈白影，肺是软组织并且含有气体，密度最低，在照片上的图像通常是黑影。）常用于对人体骨骼和内脏器官的疾病或损伤进行诊断和定位。现代的x射线断层成像(x—cT) 发明于20世纪70年代，是传统影像技术中最为成熟的成像模式之一，其速度已经快到可以对心脏实现动态成像。其缺点是医生要在病人接收剂量和片厚之间进行折衷选择，空间分辨率和对比度的还需进一步提高。 （2）核磁共振成像(MIR) 发展于20世纪70年代，到80年代才进入市场，这种成像设备具有在任意方向上的多切片成像、多参数和多核素成像、可实现整个空问的真三维数据采集、结构和功能成像，无放射性等优点。目前MRI的功能成像(fMRI) 是MIR设备应用的前沿领域，广泛应用于大脑功能性疾病的诊断,并为肿瘤等占位性病变提供功能信息。MRI 受到世人的广泛重视，其技术尚在迅速发展
过程中。 （3）核医学成像(NMI ) ，目前以单光子计算机断层成像(SPECT) 和正电子断层成像(PET) 为主，其基本原理是向人体注射放射性核素示踪剂，使带有放射性核素的示踪原子进入人体内要成像的脏器或组织通过测量其在人体内的分布来成像。NMI不仅可以提供静态图像，而且可提供动态图像。 （4）超声波成像(Ultrasonic Imaging ) ，属于非电离辐射的成像模态，以二维平面成像的功能为主，加上血液流动的彩色杜普勒超声成像功能在内，在市场上已经广泛使用。超声成像的缺点是图像对比度差、信噪比不好、图像的重复性依赖于操作人员。但是，它的动态实时成像能力是别的成像模式不可代替的 在目前的影像医疗诊断中，主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体．这往往需要借助医生的经验来判定。至于准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状及与周围 生物组织的空间关系，仅通过观察二维切片图象是很难实现的。因此，利用计算机图像处理技术对二维切片图象进行分析和处理。实现对人体器官，软组织和病变体的分割提取，三维重建和三维显示，可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分
《计算机图形图像处理Photoshop》课程标准 衡阳技师学院龙大奇 长沙财经职业中专吴玉桃 课程名称：计算机图形图像处理Photoshop 建议学时：96~108 适用专业：计算机应用 教学条件：多媒体教室、机房 一、课程概述 （一）课程性质：1 20 Photoshop 是 Adobe 公司推出的一款目前非常流行、应用非常广泛的图片处理软件。伴随着计算机的普及和计算机在各行业的广泛应用，Photoshop 发挥了越来越大的作用。计算机和数码相机的普及，使用者可以在家中进行简单的图片处理，这使得 Photoshop 可以作为一个应用软件在所有学生中推广。社会上各种数码冲印、数码影楼、数码海报广告的出现也直接为很好学习 Photoshop 的学生提供了就业机会。 Photoshop 具备非常强大的图片处理功能，能很好的为动画、多媒体、网页制作等等提供经过处理制作的图片素材，图片处理的好坏直接关系到作品的美观效果，是计算机应用专业的学生必修的一门课程。 （二）课程定位 《计算机图形图像处理Photoshop》属于一门专业必修课，它之前的课程为《计算机应用基础》等课程；它之后为《Dreamweaver网页设计》、《Flash二维设计》、《3ds Max三维设计》等专业核心课程。在计算应用专业中起承上启下、连贯前后课程，围绕专业核心技能设置的。鉴于计算机图形图像处理的重要意义和在设计中重要作用，本课程作为平面设计的岗位职业能力培养，可以充分发挥学生的特长，拓展就业渠道。 二、课程设计理念 Photoshop 教学过程中应注重培养学生的思考和动手能力，把知识点穿插在实例中进行教学，一方面启迪学生去思考实例是如何实现的，另一方面让学生通过操作完成实例的创作。使学生在轻松愉快的过程中完成学习任务，掌握 Photoshop 的使用。教师应重视实例的选择，要求实例能突出新知识点，同时也兼顾旧知识点，操作的难度要适中，通过教学过程中的启迪和帮助能够完成教学任务。
第一章绪论 1 数字图像处理的基本概念； 数字图像：x，y和f的幅值都是有限的离散值时，该图像为数字图像。数字图像处理：简单的说就是用计算机处理数字图像，广义上而言，包括所有与图像有关的处理。 2 数字图像处理的三个层次； 低级处理：对图像进行各种加工，以改善图像的视觉效果或突出目标，如降低噪声，增强对比度等，是一个从图像到图像的过程；中级处理：图像分割（把图像分为不同区域或目标物）及减缩对目标的描述，以方便计算机的识别，输入时图像输出是从图像提取的特征（如边缘、轮廓）；高级处理：目标物体及相互关系的理解，进而进行决策及指导行动，是最高级别的处理，即机器视觉，是人工智能的分支。 3 从成像来源的角度了解DIP的划分及应用场合； 电磁波普成像（从伽马射线到无线电波）、显微镜成像、声波/超声波成像。 例题1：依据成像来源，写出三种常见的数字医学图像类型： 、和。答案：伽马射线成像图像、X射线成像图像(CT成像图像)、无线电波成像图像(MRI成像图像)、超声波成像图像等。 例题2：( )图像处理领域处在图像分析和计算机视觉两个学科之间。答案：× 例题3：()由一个二维函数f(x, y)确定的图像称为数字图像。 答案：× 例题4：简述数字图像处理的三个层次。 答案：数字图像处理分三个层次，分别是： 低级处理：对图像进行预处理，如降低噪声、增强对比度和图像锐化等，目的是提高一幅图像的质量，使其更清晰或更好看； 中级处理：涉及图像分割、图像描述以及物体的识别，目的是将一幅图像转化为更适合计算机处理的形式； 高级处理：涉及对一幅图像中被识别物体的总体理解，如应用在图像分析中，使图像更易懂。 第二章图像处理基础 1 视觉感知要素、图像感知和获取； 锥状体数目600万~ 700万，负责颜色和细节识别，锥状视觉又称白昼视觉；杆状体数目约7500万~15000万，无彩色感觉，称夜视觉。 三种基本的图像采集形式：单元成像传感器、线成像传感器、阵列成像传感器。 2 图像采样和量化；
医学图像处理与分析 北京大学医药卫生分析中心杨建茹 2010.3.15 第一节图像处理概述 1.图像（image）的定义 ?象，像 ?图像的定义 ＊图像是指景物在某种介质上的再现。 ＊图像是人们对客观世界的景象、事物的观察，以及对人们的思维、想像的一种描述与记录。＊凡是能为人类视觉系统所感知的信息形式或人们心中的有形想像统称为图像。 ＊图像是对客观存在的物体的一种相似性的生动模仿或描述。是物体的一种不完全、不精确，但在某种意义上是适当的表示。 图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 注：图像是人类从外界获得信息的主要来源。 各种观测系统的使用是人类视觉延续的原因。(显微镜、望远镜、CT等) 2.图像分类 总体而言分为：宏观、微观表面、内部 按色调不同分：无色调的黑白图像有色调的彩色图像 按亮度等级分：二值图像多值图像 按其内容的活动程度分：静态图像动态图像 按所占空间维数不同分：二维平面图像多维立体图像 按人眼观察的程度分：可见图像不可见图像 连续图像——离散图像 模拟图像——数字图像 3.模拟图像与数字图像 ①模拟图像 a. 定义：图像是用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接 作用于人眼并进而产生视知觉的实体。 b. 存在形式：常见的各种照片、图片、海报、广告画等均属模拟图像.医学中的图像包括组 织胚胎学、病理学、细胞学、遗传学、分子生物学、放射学、超声、X线、CT、磁共振、PET、电子显微术和热像等图像。如果把图形（如心电图、脑电图等）都包括进去，则几乎医学基础研究和临床诊断就离不开图像（形）了。 c.函数表示：f (x,y,λ,t) x,y ——表示图像在某点的坐标 f (x,y) ——表示图像在(x,y)点的强度（亮度） ②数字图像
数字医学图像及其特点 【摘要】数字医学是现代医学的重要发展方向，随着计算机技术的不断发展，数字医学图像在医学中的应用领域越来越广泛。本文主要针对数字图像在医学中的应用及其特点展开相关的综述。 【关键词】数字图像医学影像图像处理 引言 随着电子技术、计算机技术的不断推广和应用，计算机技术在医学领域的应用也日趋明显，尤其是在医学数字图像处理方面体现的尤为突出。数字医学影像通过无创伤的数据采集获得人体内部解剖学或生理功能信息，并以图像形式提取并显示出来【1】，因而数字图像在这种背景下应运而生。 1 数字医学图像的特点 现代医学影像包括四大部分：①以X-CT 为代表的X 射线影像；②磁共振成像MRI；③放射性核素显像如ECT；④超声波成像如超声CT 等。不管哪种医学图像，其影像灰度分布都是由人体组织特性参数的不同决定的。通常，这种差异（对比度）很小，导致影像上相邻灰度差别也就很小。而人眼对灰度的分辨率很低，只能清楚分辨从全黑到全白的十几个灰阶。所以，影像成像后必须经过数字后处理方具实用价值【2】。 2 数字图像处理 数字图像处理就是将图像转化为一个数字矩阵存放在计算机中，并采用一定的算法对其进行处理。数字图像处理的基础是数学，最主要任务就是各种算法的设计和实现。医学影像等卫生领域信息更具独特性，数字医学图像较普通图像纹理更多，分辨率更高，相关性更大，存储空间要更大，并且为严格确保临床应用的可靠性，其压缩、分割等图像预处理、图像分析及图像理解等要求更高【3】。数字医学图像处理跨计算机、数学、图形学、医学等多学科研究领域，数字医学图像处理技术包括图像变换、图像压缩、图像增强、图像平滑、边缘锐化、图像分割、图像识别【4】、图像融合等等。近年来，研发人员将众多领域方法引入应用于数字医学图像处理，经过不断的改进，处理算法的速度、处理效果得到不同程度的改善。随着信息技术的飞速发展和计算机应用水平的不断提高，利用计算机断层成像、正电子放射层析成像、单光子辐射断层摄像、磁共振成像、超声成像及其它医学影像设备所获得的图像被广泛应用于医疗诊断、组织容积定量分析、病变组织定位、解剖结构学习、治疗规划、功能成像数据的局部体效应校正、计算机指导手术和术后监测等各个环节【5】。 3 数字图像处理的优点
X I N X I F E N X I L I Y O N G 信息分析利用 医学图像处理技术与应用分析 周光华①李岳峰①孟 群①△ 关键词医学图像处理技术卫生信息化 摘 要新医改以来，卫生信息化建设作为“四梁八柱”之一，得到快速发展，医学图像处理技术作为重要的信息处理手段，其发展和应用推动了卫生信息化建设的开展。本文概述了医学图像的特性和处理技术的类别，以及近期研究进展。围绕卫生信息化建设的发展现状，从图像压缩、图像分割、图像融合技术方面综述医学图像处理技术如何在卫生信息化建设中发挥作用，并分析展望医学图像处理技术在卫生信息化建设的背景下的发展前景。 Keywords Medical image processing, Method, Health informationization Abstract Health informationization is the one of the most part of health care reform, which has developed a lot since 2009. Health informationization was advanced by the development of medical image processing. In this paper, the concept and current development of medical image processing was introduced. Considering the status of health informationization, how medical image compressing, segmentation and fusion in?uenced was review. The future development of Medical image processing was analysed while health informationization developed. 1 引言 在卫生信息化快速发展的过程中，计算机技术、网络技术、医学图像处理技术等的发展是其重要的技术支持，并日趋重要。卫生信息化建设要达到互联互通、资源共享，不可避免的要涉及到有效地处理海量卫生数据的传输、存储以及更为利于临床诊断等问题。医学图像在现代医学领域中应用日趋广泛[2]，是主要卫生信息资源之一，医学图像处理技术以其在数据传输和共享方面的优势也日益引起卫生管理者、医护人员和研发人员的重视。 本文概述了医学图像的特性和处理技术的类别，以及近期研究进展。围绕卫生信息化建设的发展现状和医学图像处理技术在推动其发展所发挥的作用，从图像压缩、图像分割、图像融合技术等方面综述医学图像处理技术如何在卫生信息化建设中发挥作用。旨在为管理者和有关技术研发人员提供参考。 2 医学图像处理技术概述 较其他领域，医学影像等卫生领域信息更具独特性，医学图像较普通图像纹理更多，分辨率更高，相关 ① 中华人民共和国卫生部统计信息中心，北京市，100044 作者简介：周光华（1985-），男，硕士学位；研究方向：卫生信息管理；E-mail：zhough@https://www.doczj.com/doc/6013338009.html,。 通讯作者：孟群，男，博士学位，卫生部统计信息中心主任，研究员。 △ 通讯作者
2009年第1期 福建电脑 医学图像处理技术综述 周贤善 (长江大学计算机科学学院湖北荆州434023) 【摘要】：医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一，临床医生在医学图象处理技术的帮助下，对人体内部病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。本文对图像分割、图像配准和图像融合等医学图像处理技术的现状和发展进行了综述。 【关键词】：医学图像处理；图像分割；图像配准；图像融合 0、引言 医学图像处理的对象是各种不同成像机理的医学影像，临床广泛使用的医学成像模式主要分为X-射线成像（X-CT）、核磁共振成像（MRI）、核医学成像（NMI）和超声波成像（UI）四类。在目前的影像医疗诊断中，主要是通过观察一组二维切片图象去发现病变体，这往往需要借助医生的经验来判定。利用计算机图象处理技术对二维切片图象进行分析和处理，实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、三维重建和三维显示，可以辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性甚至定量的分析，从而大大提高医疗诊断的准确性和可靠性；在医疗教学、手术规划、手术仿真及各种医学研究中也能起重要的辅助作用。医学图像处理技术包括很多方面，本文主要从图像分割、图像配准、图像融合技术方面进行介绍。 1、图像分割 医学图像分割就是一个根据区域间的相似或不同把图像分割成若干区域的过程。目前，主要以各种细胞、组织与器官的图像作为处理的对象。传统的图像分割技术有基于区域的分割方法和基于边界的分割方法，前者依赖于图像的空间局部特征，如灰度、纹理及其它象素统计特性的均匀性等，后者主要是利用梯度信息确定目标的边界。结合特定的理论工具，图象分割技术有了更进一步的发展。比如基于三维可视化系统结合FastMarching 算法和Watershed变换的医学图象分割方法，能得到快速、准确的分割结果[1]。 近年来，随着其它新兴学科的发展，产生了一些全新的图像分割技术。如基于统计学的方法、基于模糊理论的方法、基于神经网络的方法、基于小波分析的方法、基于模型的snake模型(动态轮廓模型)、组合优化模型等方法。虽然不断有新的分割方法被提出，但结果都不是很理想。目前研究的热点是一种基于知识的分割方法，即通过某种手段将一些先验的知识导入分割过程中，从而约束计算机的分割过程，使得分割结果控制在我们所能认识的范围内而不至于太离谱[2]。比如在肝内部肿块与正常肝灰度值差别很大时，不至于将肿块与正常肝看成2个独立的组织。 医学图像分割方法的研究具有如下显著特点：现有任何一种单独的图像分割算法都难以对一般图像取得比较满意的结果，要更加注重多种分割算法的有效结合；由于人体解剖结构的复杂性和功能的系统性，虽然已有研究通过医学图像的自动分割区分出所需的器官、组织或找到病变区的方法[3]，但目前现成的软件包一般无法完成全自动的分割，尚需要解剖学方面的人工干预[4]。在目前无法完全由计算机来完成图像分割任务的情况下，人机交互式分割方法逐渐成为研究重点；新的分割方法的研究主要以自动、精确、快速、自适应和鲁棒性等几个方向作为研究目标，经典分割技术与现代分割技术的综合利用(集成技术)是今后医学图像分割技术的发展方向。 2、图像配准 图象配准是图象融合的前提,是公认难度较大的图象处理技术,也是决定医学图象融合技术发展的关键技术。在临床诊断中,单一模态的图像往往不能提供医生所需要的足够信息，常需将多种模式或同一模式的多次成像通过配准融合来实现感兴趣区的信息互补。在一幅图像上同时表达来自多种成像源的信息，医生就能做出更加准确的诊断或制定出更加合适的治疗方法。医学图像配准包括图像的定位和转换,即通过寻找一种空间变换使两幅图像对应点达到空间位置和解剖结构上的完全一致。要求配准的结构能使两幅图象上所有的解剖点，或至少是所有具有诊断意义以及手术区域的点都达到匹配[5]。1993年Petra等综述了二维图像的配准方法,并根据配准基准的特性,将图像配准的方法分为基于外部特征的图象配准(有框架)和基于图象内部特征的图象配准(无框架)两种方法。后者由于其无创性和可回溯性,已成为配准算法的研究中心。 近年来,医学图像配准技术有了新的进展,在配准方法上应用了信息学的理论和方法,例如应用最大化的互信息量作为配准准则进行图像的配准,基于互信息的弹性形变模型也逐渐成为研究热点[6]。在配准对象方面从二维图像发展到三维多模医学图像的配准。一些新算法，如基于小波变换的算法、统计学参数绘图算法、遗传算法等，在医学图像上的应用也在不断扩展。向快速和准确方面改进算法,使用最优化策略改进图像配准以及对非刚性图像配准的研究是今后医学图像配准技术的发展方向。 3、图像融合 图像融合的主要目的是通过对多幅图像间的冗余数据的处理来提高图像的可读性，对多幅图像间的互补信息的处理来提高图像的清晰度。多模态医学图像的融合把有价值的生理功能信息与精确的解剖结构结合在一起，可以为临床提供更加全面和准确的资料。融合图像的创建分为图像数据的融合与融合图像的显示两部分来完成。目前，图像数据融合主要有以像素为基础的方法和以图像特征为基础的方法。前者是对图像进行逐点处理,把两幅图像对应像素点的灰度值进行加权求和、灰度取大或者灰度取小等操作，算法实现比较简单,不过实现效果和效率都相对较差，融合后图像会出现一定程度的模糊。后者要对图像进行特征提取、目标分割等处理,用到的算法原理复杂，但是实现效果却比较理想。融合图像的显示常用的有伪彩色显示法、断层显示法和三维显示法等。伪彩色显示一般以某个图像为基准,用灰度色阶显示,另一幅图像叠加在基准图像上,用彩色色阶显示。断层显示法常用于某些特定图像,可以将融合后的三维数据以横断面、冠状面和矢状面断层图像同步地显示,便于观察者进行诊断。三维显示法是将融合后数据以三维图像的形式显示，使观察者可更直观地观察病灶的空间解剖位置，这在外科手术设计和放疗计划制定中有重要意义。 在图像融合技术研究中,不断有新的方法出现，其中小波变换、基于有限元分析的非线性配准以及人工智能技术在图像融合中的应用将是今后图像融合研究的热点与方向。随着三维重建显示技术的发展,三维图像融合技术的研究也越来越受到重视，三维图像的融合和信息表达,也将是图像融合研究的一个重点。 在计算机辅助图像处理的基础上，开发出综（下转第33页） 34