醫(yī)學(xué)圖像處理概述.ppt

天津醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)圖像處理 主講教師 郭麗 天津醫(yī)科大學(xué) 隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的日益成熟以及各種各樣的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在醫(yī)院中的廣泛使用 可以便捷無損地獲取到人體內(nèi)部組織信息圖像 如何通過圖像處理技術(shù)對這些信息進(jìn)行有效的處理 用于輔助醫(yī)生的診斷甚至進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃等 具有重大的社會效益和廣泛的應(yīng)用前景 正是在這種形勢下 結(jié)合醫(yī)學(xué)影像專業(yè)開設(shè)了 醫(yī)學(xué)圖像處理 課程 為什么開設(shè)這門課 天津醫(yī)科大學(xué) 教學(xué)的基本要求 了解醫(yī)學(xué)圖像的基本特點(diǎn)和圖像處理的基本概念 了解圖像處理技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的情況以及圖像處理和分析的基本組成模塊 能夠利用VB完成各種醫(yī)學(xué)圖像信息處理 包括醫(yī)學(xué)圖像的增強(qiáng) 空間變換 邊緣檢測 分割和目標(biāo)分析和顯示等操作 天津醫(yī)科大學(xué) 課程考核 平時成績 占30 論文閱讀 翻譯或者總結(jié)報告 程序 總結(jié)報告課程演講和討論考勤期末考查 占70 以圖像處理程序?yàn)橹?天津醫(yī)科大學(xué) 參考資料 醫(yī)學(xué)影像處理與分析 田捷等編著電子工業(yè)出版社2003年 醫(yī)學(xué)影像圖像處理 康曉東主編人民衛(wèi)生出版社 2009年3月 天津醫(yī)科大學(xué) 參考資料 數(shù)字圖像處理 第二版 RafaelC Gonzalez RichardE 阮秋琦等譯 電子工業(yè)出版社 2002 DigitalImageProcessing RafaelC Gonzalez RichardE Woods Addison Wesley 2002 天津醫(yī)科大學(xué) 主要內(nèi)容 醫(yī)學(xué)圖像處理導(dǎo)論圖像后處理圖像的基本處理及運(yùn)算圖像增強(qiáng)與代數(shù)運(yùn)算醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用算法綜合程序設(shè)計 天津醫(yī)科大學(xué) 第一章醫(yī)學(xué)圖像處理導(dǎo)論 醫(yī)學(xué)圖像的研究意義圖像的若干概念數(shù)字圖像的若干指標(biāo)圖像的基本數(shù)學(xué)表達(dá)式數(shù)字圖像的采樣 什么是圖像處理 圖像使我們?nèi)祟惸芨兄绞澜缱詈玫捏w現(xiàn) 視覺讓我們?nèi)祟惸芨兄屠斫庵車氖挛锶祟愂亲钪饕囊曈X真是體驗(yàn)著 并不是所有的動物都有人類這樣的視覺圖像理解圖像分析和計算機(jī)視覺電子的復(fù)制了人類視覺效果 天津醫(yī)科大學(xué) 自然界奇觀 1 4 5 3 2 1 松鼠的視覺2 鯊魚的視覺3 狗的視覺4 貓的視覺5 海龜?shù)囊曈X 天津醫(yī)科大學(xué) 輔助醫(yī)生診斷通過圖形圖像技術(shù) 可以對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行縮放 旋轉(zhuǎn) 對比度調(diào)節(jié) 三維重建等處理 便于醫(yī)生從多角度 多層次進(jìn)行觀察和分析 對病變區(qū)進(jìn)行定性定量分析 從而提高醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性和正確性 仿真多角度掃描這一應(yīng)用在CT掃描中有著重要意義 由于X射線對人體的損害較大 因此不可能對患者進(jìn)行多角度的掃描 通過三維圖形圖像技術(shù) 可以對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度重組 仿真多角度掃描 該技術(shù)也稱為虛擬切割 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 應(yīng)用范圍 天津醫(yī)科大學(xué) 放射治療在這個領(lǐng)域中計算機(jī)技術(shù)主要用來進(jìn)行精確定位 根據(jù)影像數(shù)據(jù)得到的圖像 確定進(jìn)行放射性治療的特定部位 從而引導(dǎo)儀器進(jìn)行精確定位 避免正常組織遭受不必要的放射性照射 手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練通過斷層掃描技術(shù)可以獲得一系列人體某個部分的二維切片圖像 對這些切片數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機(jī)三維重建 能夠獲得人體部位的三維模型 醫(yī)生可以對三維模型進(jìn)行手術(shù)仿真 在虛擬環(huán)境中進(jìn)行手術(shù) 不會發(fā)生嚴(yán)重的意外 能夠提高醫(yī)生的協(xié)作能力 尤其在修補(bǔ)術(shù)方面有著重要的應(yīng)用前景 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 應(yīng)用范圍 天津醫(yī)科大學(xué) 輔助手術(shù)計劃和手術(shù)導(dǎo)航計算機(jī)輔助手術(shù)計劃系統(tǒng)根據(jù)患者影像數(shù)據(jù)在術(shù)前規(guī)劃手術(shù)方案 甚至進(jìn)行手術(shù)模擬 以提高手術(shù)成功的幾率 計算機(jī)輔助手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)患者在術(shù)前的影像數(shù)據(jù)構(gòu)建手術(shù)部位的解剖空間 并將其和由定位技術(shù)控制的實(shí)時手術(shù)空間相重疊 由此引導(dǎo)手術(shù)按預(yù)定的正確進(jìn)程進(jìn)行 這個系統(tǒng)常和計算機(jī)輔助手術(shù)計劃系統(tǒng)結(jié)合在一起使用 由于計算機(jī)的介入 使得傳統(tǒng)的外科手術(shù)可以更加精確 對患者的損傷更加微小 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 應(yīng)用范圍 天津醫(yī)科大學(xué) 虛擬內(nèi)窺鏡現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡技術(shù)存在一個共同的缺陷 就是必須往患者體內(nèi)插入內(nèi)窺探頭 一般來說 探頭都是機(jī)械裝置 因而會給患者帶來很大的痛苦 計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)為減輕這一痛苦帶來了可能 這就是虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù) 虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)可以檢查傳統(tǒng)方法無法到達(dá)的區(qū)域 甚至深入實(shí)體內(nèi)部進(jìn)行觀察 還具有交互性 局部細(xì)節(jié)放大 可重復(fù)觀察等優(yōu)勢 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 應(yīng)用范圍 天津醫(yī)科大學(xué) 治療規(guī)劃在這個領(lǐng)域中 計算機(jī)技術(shù)主要用于在患者治療期間觀察藥物 放射或其他治療所引起的身體病變部位的局部變化 對療效進(jìn)行評估 并根據(jù)評估結(jié)果有效調(diào)整治療方案 遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)現(xiàn)在Internet上發(fā)布PACS系統(tǒng)產(chǎn)生的基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)圖像 使用瀏覽器顯示 處理醫(yī)學(xué)圖像 有利于遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng) 區(qū)域間PACS系統(tǒng)和HIS HospitalInformationSystem 醫(yī)院信息系統(tǒng) 系統(tǒng)融合及醫(yī)療信息系統(tǒng)集成的應(yīng)用和發(fā)展 集中體現(xiàn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 應(yīng)用范圍 天津醫(yī)科大學(xué) 全自動細(xì)胞DNA定量分析檢測系統(tǒng) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) MRI 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) PET 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 超聲圖象 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 三維超聲圖象 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) DSA 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 紅外圖象 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 紅外圖象 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 正常 囊腫 硬化 骨質(zhì)疏松癥 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 螺旋CT的結(jié)腸鏡掃描 螺旋掃描 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 乳腺造影術(shù) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 航空航天登月 火星照片處理 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 航空航天飛機(jī)遙感 衛(wèi)星遙感 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 航空航天氣象預(yù)報 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 通訊領(lǐng)域發(fā)展趨勢 多媒體通訊電話 電視 計算機(jī)三網(wǎng)合一 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 工業(yè)印刷電路板機(jī)器人視覺零件檢測郵政信件的自動檢測工業(yè)探傷 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 金屬腐蝕程度 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 圖紙矢量化 Vectoring 歷史圖紙的數(shù)字化圖紙生產(chǎn)管理主要技術(shù)點(diǎn)陣表示 矢量表示 地質(zhì)勘探部署圖 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 圖紙矢量化主要技術(shù)追蹤點(diǎn)的鄰域特征 交叉點(diǎn)問題 利用曲線的光滑性 細(xì)化 Thinning 單像素寬度 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 軍事公安導(dǎo)彈制導(dǎo)偵察照片的處理指紋識別 人臉識別 車牌自動識別 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 氣象預(yù)報 氣象云圖 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 計算機(jī)合成圖像 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 動畫 娛樂 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 軍事目標(biāo)跟蹤 隱形飛機(jī) 定位轟炸 天津醫(yī)科大學(xué) 三維實(shí)景虛擬 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 三維實(shí)景虛擬 居室虛擬 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 自然景觀模擬 美人魚 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 人眼虹膜識別系統(tǒng) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 人臉識別 最友好 直接的系統(tǒng) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 其他應(yīng)用 天津醫(yī)科大學(xué) 主要學(xué)科計算機(jī)圖形學(xué) 計算機(jī)視覺和模式識別 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 相關(guān)學(xué)科 天津醫(yī)科大學(xué) 1 圖像處理 2 圖像識別 3 圖像理解 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 關(guān)鍵步驟 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示 描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 表示與描述 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 彩色圖像處理 圖像壓縮 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 表示 描述 彩色圖像處理 圖像壓縮 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 表示 描述 彩色圖像處理 圖像壓縮 圖像采集 圖像復(fù)原 形態(tài)學(xué)處理 分割 圖像增強(qiáng) 對象識別 問題域 1 1醫(yī)學(xué)圖像的研究意義 關(guān)鍵步驟 天津醫(yī)科大學(xué) 1 2圖像的若干概念 圖像 圖像 某種物理量的平面或空間分布圖稱為圖象 可見圖像 能為人的視覺系統(tǒng)所直接感受的圖像 稱為可見圖象 不可見物理圖像 不能為人眼直接感受的圖像 稱為不可見物理圖象 不可見圖像最終會被轉(zhuǎn)換為可見圖像 天津醫(yī)科大學(xué) 模擬圖像與數(shù)字圖像 1 2圖像的若干概念 圖像處理應(yīng)用范圍很廣 因而獲取圖象的手段也很多 如照相機(jī) 電視攝象機(jī) 多光譜掃描儀 X光攝影機(jī)等都是成象系統(tǒng) 為便于對成象系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行分析 就需要建立它的模型 模型 是系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象 天津醫(yī)科大學(xué) 模擬圖像和模擬圖像處理 1 2圖像的若干概念 模擬圖像 指用連續(xù)變化的電信號來表征且能直接用模擬監(jiān)視器顯示的圖像 在數(shù)學(xué)模型上可歸于空間位置連續(xù)系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸入圖像和輸出圖像都是空間位置的連續(xù)信號 則稱此系統(tǒng)為空間位置連續(xù)系統(tǒng) 其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為連續(xù)函數(shù) 可用數(shù)學(xué)解析方法進(jìn)行分析 人類最早的圖像處理是光學(xué)的處理 如放大 縮小 顯微等 這些都屬于模擬圖像的處理 這種處理從本質(zhì)看是屬于連續(xù)信號的并行處理的范疇 其最明顯的特點(diǎn)是處理速度快 天津醫(yī)科大學(xué) 數(shù)字圖像和數(shù)字圖像處理 1 2圖像的若干概念 數(shù)字圖像 把需處理的模擬圖像數(shù)字化 以便輸入計算機(jī)進(jìn)行處理 實(shí)際上 數(shù)字圖像處理中的成像系統(tǒng)往往是混合系統(tǒng) 即輸入為空間位置的連續(xù)信號 而輸出為空間位置的離散信號 但混合系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型運(yùn)算起來不很方便 一般不采用 實(shí)際應(yīng)用中把數(shù)字圖像處理分為三部分 圖像數(shù)字化器 數(shù)字圖像處理器和數(shù)字圖像視覺重建 圖像數(shù)字化器為混合系統(tǒng) 而數(shù)字圖像處理器為空間位置離散系統(tǒng) 即系統(tǒng)輸入圖像和輸出圖像都是空間位置的離散信號 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像數(shù)字化器 1 2圖像的若干概念 圖像數(shù)字化器由以下模塊組成 分割 用空間的網(wǎng)格劃分圖像 將一幅空間域連續(xù)的圖像劃分為由若干區(qū)域組成的圖像 采樣 采樣是把連續(xù)圖像變?yōu)殡x散的點(diǎn)狀圖像 這是進(jìn)入計算機(jī)進(jìn)行處理的重要步驟 方法是將網(wǎng)格內(nèi)的灰度平均值或網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的灰度值作為點(diǎn)的灰度值 量化 有序的記錄各點(diǎn)的灰度值 最終達(dá)到以一個有序的灰度數(shù)字序列表示一幅連續(xù)圖像 天津醫(yī)科大學(xué) 1 2圖像的若干概念 天津醫(yī)科大學(xué) 像素值往往用來表示像素的灰度級 顏色 高度值 透明度等等 1 2圖像的若干概念 天津醫(yī)科大學(xué) 圖像 水平 尺寸M 圖像 垂直 尺寸N 象素灰度級數(shù)G k bit 圖像所需的位數(shù)b 1 2圖像的若干概念 天津醫(yī)科大學(xué) 1 2圖像的若干概念 天津醫(yī)科大學(xué) 一般的 圖像格式包括 每像素1個