醫(yī)學影像后處理課件

概述醫(yī)學圖像后處理是通過綜合運用計算機圖像處理技術，醫(yī)學知識，將由各種數字化成像技術所獲得的人體信息按照一定的需要在計算機上表現(xiàn)出來，使之滿足醫(yī)療需要的一系列技術的總稱。彌補影像設備成像不足提供解剖學信息和病理生理學信息打破傳統(tǒng)的醫(yī)學獲取和觀察方式提供包括三維可視化、圖像分割、病變檢測和圖像融合配準的高級應用1ppt課件.123醫(yī)學影像后處理功能醫(yī)學影像后處理的其它應用和發(fā)展醫(yī)學影像后處理應用2ppt課件.123醫(yī)學影像后處理功能醫(yī)學影像后處理的其它應用和發(fā)展醫(yī)學影像后處理應用3ppt課件.醫(yī)學影像后處理功能輔助觀察通過向醫(yī)生提供更多的觀察方式，給醫(yī)生更多的參考，有利于醫(yī)生更加快速做出正確的診斷。輔助診斷提供給醫(yī)生一些診斷的建議，包括測量得到的數據、分割和檢測的結果，以及融合配準后新圖像的信息。4ppt課件.輔助觀察多平面重建(Multi-PlanarReformation,MPR)曲面重建(CurvedPlanarReformation,CPR)表面遮蓋(SurfaceShadedDisplay,SSD)最大密度投影(MaximumIntensityProjection,MIP)最小密度投影(MinimumIntensityProjection,MinIP)容積重現(xiàn)(VolumeRendering,VR)虛擬內窺鏡(VirtualEndoscopy,VE)5ppt課件.多平面重建(MPR)MPR是把橫斷面的像素疊加起來回到三維容積排列上，根據需要組成的不同方位，重新組合新的斷層圖像。橫斷面矢狀面冠狀面較好地顯示組織器官內復雜解剖關系，彌補橫斷圖像觀察的不足，有利于病變的準確定位。6ppt課件.曲面重建(CPR)CPR與MPR類似，不同點是疊加成三維容積排列后，重新選取截面時按曲線走行。延展CPR與拉直CPR(心血管)優(yōu)點：幫助醫(yī)生在短時間內觀察和研究血管組織。缺點：重建路徑的偏差對較小病灶容易遺漏或造成假性狹窄。7ppt課件.表面遮蓋(SSD)SSD是提取組織結構邊緣的體素信息，把容積數據轉換為一系列多邊形表面片擬合的等值面，然后根據光照、明暗模型進行消隱和渲染。用途：胸腹大血管、肺門及肺內血管、腸系膜血管、腎血管及骨與關節(jié)的三維顯示。缺點：容易造成虛假顯示或顯示面上產生空洞，且無法顯示數據體內部的細節(jié)信息。頸動脈CTA的SSD圖像8ppt課件.最大密度投影(MIP)MIP是沿著虛擬的操作者視線方向，將相對密度最高的體素值投射到屏幕上，而形成的新的投影平面。最大密度投影圖像(冠脈)優(yōu)勢：較真實的反映組織的密度差異，主要用于顯示具有相對較高密度的組織結構。用途：觀察血管的狹窄、擴張、充盈和缺損，可發(fā)現(xiàn)血管鈣化，顯示骨折情況，反映骨密度變化，清晰顯示對內固定裝置。9ppt課件.最小密度投影(MinIP)MinIP與MIP相似，是將每一條沿視線方向所遇到的體素最小值投影到二維平面上，從而形成MinIP重建圖像。最小密度投影圖像(肺氣管)優(yōu)勢：主要用于顯示密度差異較大的低密度結構組織，典型應用于肺疾病檢測。用途：肺部氣管直觀、立體的顯示；肺氣腫、間質性肺炎等彌漫性肺疾病診斷；屏蔽肺血管和肺裂等高密度結構；在術前為外科醫(yī)生提供有價值的指導信息。10ppt課件.容積重現(xiàn)(VR)VR是沿著虛擬操作者視線方向，將容積數據的所有體素的顏色和透明度的進行融合后，投射到屏幕上，實現(xiàn)三維顯示。容積重現(xiàn)(脊柱側彎)優(yōu)勢：最大限度的保留了原始數據的細節(jié)，能夠顯示具有高質量的三維立體空間關系組織，而且操作簡便。用途：用于血管、骨骼、關節(jié)、尿路、支氣管樹、肌束的三維顯示。11ppt課件.虛擬內窺鏡(VE)VE是利用醫(yī)學影像作為原始數據，融合圖像處理、計算機圖形學、科學計算可視化、虛擬現(xiàn)實技術，模擬傳統(tǒng)光學內窺鏡的一種技術。優(yōu)勢：克服傳統(tǒng)光學內窺鏡需要插入體內的缺點，是一種完全無接觸的檢查方法。用途：應用于輔助診斷、手術規(guī)劃、實現(xiàn)手術的精確定位和醫(yī)務人員的培訓等；可用于具有空腔結構的器官檢查。結腸虛擬內窺鏡360度全景展開12ppt課件.輔助診斷測量分割檢測配準融合在醫(yī)學圖像后處理中計算機輔助診斷(ComputerAidedDiagnosis,CAD)是很重要的一種應用，主要包括：13ppt課件.測量圖像測量是指對圖像中目標或區(qū)域的特征進行測量，包括圖像的灰度特征、紋理特征和幾何特征。定量分析腔體、腫瘤的體積，血管的直徑，三維區(qū)域的平均密度；二維基礎上的距離、面積、角度和統(tǒng)計分布等測量；三維基礎上的空間距離、曲線長度、表面積和體積等測量；鑒別有無病變、病灶的大小和空間方位，提供定性診斷及預測的參考依據。血管直徑測量乳腺ROI區(qū)域測量14ppt課件.分割(概述)根據目標物體特征，把圖像劃分為若干個互不相交的區(qū)域，使得這些特征在同一區(qū)域內，表現(xiàn)為一致性或相似性，在不同區(qū)域表現(xiàn)明顯不同。依據：灰度、空間紋理、幾何形狀等特征。應用：各種細胞、組織與器官。難點：受分割物體的復雜度，成像方式和成像質量的影響。15ppt課件.分割(方法)基于區(qū)域的分割基于統(tǒng)計學的分割基于結構的分割基于輪廓模型的分割基于LevelSet的分割基于變換、模型的分割基于模式識別的分割血管分割左右肺分割結腸分割16ppt課件.分割(意義)可輔助醫(yī)生進行診斷和制定對病人的治療方案；用于醫(yī)學圖像的分析，如三維重建；用于計算機引導于術，如外科手術的制定，病理的研究；有利于數據的壓縮和傳輸，提高在PACS和遠程傳輸的應用。17ppt課件.檢測(概述)計算機輔助檢測是利用先進的計算機軟硬件來分析和處理醫(yī)學圖像，以發(fā)現(xiàn)并檢出病變，從而輔助醫(yī)生臨床診斷，提高工作效率。方法：特征分析法、雙能量減影法和時間減影法。應用：乳腺、胸部。18ppt課件.檢測(作用)乳腺：可提供乳腺癌診斷的敏感度，降低致密型乳腺內病變、直徑小的鈣化灶、導管內癌及浸潤性導管癌的漏診率。胸部：胸片的心臟和肺野的自動分析，肺結節(jié)、氣胸的檢測，腫塊和鈣化的分類、鑒別。鈣化簇團塊腫塊心臟血管疾病檢測肺結節(jié)檢測19ppt課件.配準融合(配準)配準：是指對于一幅醫(yī)學圖像采用一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫(yī)學圖像上的對應點達到空間上的一致。配準20ppt課件.配準融合(融合)融合：將兩幅(或兩幅以上)來自不同成像設備或不同時刻獲取的已配準圖像，采用某種算法把各個圖像的優(yōu)點或互補性有機結合起來，獲得信息量更為豐富的新圖像技術。融合21ppt課件.融合配準(方法)

基于特征的圖像配準控制點配準算法自動角點檢測配準算法基于輪廓特征的配準算法基于SIFT(尺度不變特征變換)的配準算法基于區(qū)域的圖像配準相關法對數極坐標變換方法最大互信息配準法基于圖像灰度的融合算法加權平均法基于感興趣區(qū)域圖像融合方法Toet算法對比度調制法基于變換域的融合方法配準：融合：22ppt課件.融合配準(意義)用于臨床醫(yī)療診斷用于外科手術、放射治療計劃的制定病理變化的跟蹤和治療效果的評價勾畫腫瘤的輪廓線計算放射劑量的大小及劑量分布23ppt課件.123醫(yī)學影像后處理功能醫(yī)學影像后處理的其它應用和發(fā)展醫(yī)學影像后處理應用24ppt課件.醫(yī)學影像后處理應用醫(yī)學影像后處理已經可以應用到大部分組織器官的影像結果分析中，針對不同部位的不同疾病都有特定的方法和流程來進行分析。腦部胸腹部四肢婦科25ppt課件.腦部(背景)世界上每年有570萬人因腦卒中而失去生命世界第二大致死病因我國每年腦卒中新發(fā)病例為250萬，死于卒中的病例為150萬醫(yī)療開支以及損失大全世界所面臨的艱巨問題灌注26ppt課件.灌注腦部灌注增強造影灌注成像的理論基礎灌注圖像后處理算法灌注圖像后處理結果27ppt課件.腦部灌注增強造影腦部的生理性功能活動以及病理活動與組織血流微循環(huán)狀態(tài)密切相關腦部灌注增強造影對腦部組織生理、病理變化非常敏感可了解血液動力學及功能上的變化可比CT平掃等常規(guī)影像技術更早更準確地診斷腦組織缺血等疾病28ppt課件.灌注成像的理論基礎(1/3)核醫(yī)學放射性示蹤劑稀釋理論以及中心容積定律：血容量=血流量×平均通過時間通過直接測量CT值隨時間的變化曲線獲得組織內碘對比劑濃度隨時間變化的曲線(Time-DensityCurve,TDC)，從而獲得：腦血流量(CerebralBloodFlow,CBF)腦血容量(CerebralBloodVolume,CBV)平均通過時間(MeanTransitTime,MTT)達峰時間(TimeTOPeak,TTP)29ppt課件.灌注成像的理論基礎(2/3)分期機體調節(jié)狀態(tài)腦局部的變化狀態(tài)Ⅰ腦循環(huán)儲備力發(fā)揮作用腦血流動力學發(fā)生異常變化，腦血流灌注壓在一定的范圍內波動時，機體可以通過小動脈和毛細血管平滑肌的代償性擴張或收縮來維持腦血流的相對動態(tài)穩(wěn)定。Ⅱ腦代謝儲備力發(fā)揮作用腦循環(huán)儲備力失代償，CBF達電衰竭閾值以下，神經元的功能出現(xiàn)異常，機體通過腦代謝儲備力的作用來維持神經元代謝穩(wěn)定。表1腦局部缺血的病理生理變化30ppt課件.灌注成像的理論基礎(3/3)分期腦血流狀態(tài)微循環(huán)狀態(tài)灌注表現(xiàn)Ⅰ0CBF無下降腦局部側支循環(huán)建立良好各參數圖均正常Ⅰ1CBF在電衰竭閾值以上腦局部微血管無代償性擴張TTP延長，MTT、CBF和CBV正常Ⅰ2CBF在電衰竭閾值以上腦局部微血管代償性擴張TTP和MTT延長，CBF正常/輕微下降，CBV升高Ⅱ1CBF在電衰竭閾值和膜衰竭之間腦局部微血管受壓輕度狹窄TTP和MTT延長，CBF下降，CBV升高Ⅱ2CBF在電衰竭閾值和膜衰竭之間腦局部微血管受壓明顯狹窄TTP和MTT延長，CBF下降，CBV下降表2腦梗死前期腦局部缺血影像分期31ppt課件.灌注圖像后處理算法(1/2)最大斜率法把器官或組織看作一個“黑箱”，示蹤劑經由一條動脈進入“黑箱”，然后快速滲透到毛細血管和細胞外間質中，經過很短的一段時間后開始從一條靜脈隨血流流出。組織中的對比劑總量等于流入的對比劑總量減去流出的對比劑總量。最大斜率法32ppt課件.灌注圖像后處理算法(2/2)模型原理： 房室模型的一種，研究器官或組織的系統(tǒng)響應函數。對理想狀態(tài)下，瞬時注射單位質量的示蹤劑產生的組織增強曲線，即組織的脈沖響應函數(IRF)進行處理。脈沖響應函數反映了物質在組織中隨著時間的分布情況。去卷積法33ppt課件.灌注圖像后處理結果CT腦灌注分析參數結果偽彩圖(CBF，CBV，MTT，TTP)MR灌注分析參數結果偽彩圖(CBF，CBV，MTT，TTP)34ppt課件.胸腹部心臟肺結腸泌尿35ppt課件.心臟(背景1)影像診斷方式X射線(X-Ray)超聲心動圖(UltrasonicEchocardiogram,UCG)心血管造影(Angiography)血管內超聲(IntravascularUltrasound,IVUS)放射性核素檢查核磁共振(MagneticResonance,MR)計算機斷層(ComputedTomography,CT)MSCT36ppt課件.心臟(背景2)影像診斷缺點只能定性觀察，沒有定量信息嚴重依賴醫(yī)生的經驗和能力影像診斷早期困難影像診斷受醫(yī)生個人工作狀態(tài)影像嚴重CAD37ppt課件.心臟CAD心臟組織自動分割血管樹解析血管病變組織檢測與分析血管狹窄度檢測與分析血管斑塊檢測與分析38ppt課件.心臟組織自動分割心臟組織自動分割包括：左心房、左心室、右心房、右心室、升主動脈和左右冠狀動脈的分割。

心臟VR視圖可直觀展示各支冠脈血管與心臟的對應關系。其劣勢是無法顯示血管腔內病變，且有些冠狀動脈無法得到最佳顯示角度。冠狀動脈的VR視圖只顯示部分升主動脈和冠狀動脈血管，可轉動圖像至最佳角度顯示需要觀察的冠狀動脈。。39ppt課件.血管樹解析

血管樹的解析過程是冠脈中心線的自動提取和分析的過程。在心血管的狹窄分析與檢測、虛擬內窺鏡自動導航漫游、冠狀動脈多平面重建的視圖顯示、血管曲面重建等圖像幾何形態(tài)分析及相關領域中，管狀器官的中心線具有非常廣泛的應用。40ppt課件.血管病變組織檢測與分析(1/3)血管狹窄度檢測與分析將狹窄處官腔直徑(面積)與相鄰近端和遠端正常官腔直徑作比較，得出比值。直徑(面積)測量法：狹窄遠端近端41ppt課件.血管病變組織檢測與分析(2/3)狹窄度評判標準：狹窄度<30%，認為正常；狹窄度<50%且>30%，認為輕度狹窄；狹窄度<70%且>50%，認為中度狹窄；狹窄度>70%，認為重度狹窄。血管病變類型：A型病變：指不連續(xù)(<10mm)、同心等病變；B型病變：指連續(xù)(10~20mm)、偏心等病變；C型病變：指彌漫性病變(>20%)、遠端極度扭曲等病變。42ppt課件.血管病變組織檢測與分析(3/3)血管斑塊檢測與分析CT評價血管鈣化的量化分析方法：Agatston積分法容積積分法質量積分法血管的邊緣性測量：粗糙度圓度豐度橢圓度血管鈣化43ppt課件.肺(背景)肺癌的發(fā)病率和死亡率持續(xù)上升肺癌在男性腫瘤疾病中已居首位，在女性中僅次于乳腺癌我國肺癌患者居世界首位有效手段是“早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷、早期治療”X射線和CT肺CAD44ppt課件.肺CAD肺功能分析肺功能定量分析肺氣腫檢測肺結節(jié)檢測結節(jié)提取結節(jié)定量分析結節(jié)隨訪45ppt課件.肺功能分析(1/2)肺功能定量分析肺功能參數像素指數像素分布曲線肺實質分割后結果的VR視圖平均CT值、容積、標準方差、面積、氣體容積、組織容積、組織重量、密度以及不同像素區(qū)間的百分比。46ppt課件.肺功能分析(2/2)肺氣腫檢測包括肺氣腫區(qū)域檢測和肺氣腫定量分析，其定量分析指標有肺氣腫體積、肺氣腫區(qū)域百分比、嚴重程度和是否存在肺大泡。肺氣腫檢測結果肺氣腫的CT影像表現(xiàn)為灰度值低于肺實質的黑色大泡。一般采取基于圖像灰度的方法檢測肺氣腫。47ppt課件.肺結節(jié)檢測結節(jié)定量分析：結節(jié)提取：結節(jié)隨訪：結節(jié)檢測結節(jié)分割結節(jié)的CT均值、CT最大值、CT最小值、體積、重量、中心位置像素坐標等信息。同時觀察新舊兩套肺CT序列，配準兩套數據的結節(jié)，評估結節(jié)的倍增率和倍增時間。48ppt課件.結腸(背景)2D橫截面CT圖像或者結腸內空氣3D表面的形式呈現(xiàn)與光學結腸鏡檢查方式相媲美多層螺旋CT帶來大的數據量計算機斷層掃描結腸成像（ComputedTomographycolonography,CTC）是一種微創(chuàng)技術，是一種替代光學結腸鏡檢查結直腸息肉的方法。結腸CAD49ppt課件.結腸(方法)部分容積圖像分割法區(qū)域增長與LevelSet相結合方法基于形狀信息的分割方法雙能量CT(Dual-EnergyComputedTomography,DECT)電子清腸50ppt課件.結腸CAD

虛擬內窺虛擬切開息肉檢測51ppt課件.結腸CAD(虛擬內窺)虛擬內窺功能包括沿著中心線方向的虛擬自動漫游，以及手動漫游。52ppt課件.結腸CAD(虛擬切開)結腸虛擬切開包括“立方體虛擬切開”來顯示360度的三維全景和切開在一個平面上顯示的整個結腸二維全景。53ppt課件.結腸CAD(息肉檢測)結腸息肉指的是隆起于結腸黏膜表面的邊界清楚的病灶，根據病變性質及形態(tài)特征，為分為腺瘤和息肉兩大類虛擬結腸鏡和光學結腸鏡下的息肉54ppt課件.泌尿(背景)慢性腎臟病(chronickidneydisease,CKD)患者已占到人口的7%~10%，其中，美國成人CKD的患病率約為11%，我國南方城市人群調查顯示CKD的患病率為10.1%。尿毒癥屬于慢性腎衰竭不斷發(fā)展過程中的最后階段，是嚴重危害人類生命健康的幾大殺手之一。腎小球濾過測定的背景和意義影像學測量腎小球率過濾的研究現(xiàn)狀腎小球率過濾的測量23155ppt課件.腎小球濾過測定的背景和意義外源性：菊粉和一些放射性核素物質。內源性：血肌酐、尿素氮、尿酸和微球蛋白、視黃醇結合蛋白等相對分子質量蛋白質。腎小球濾過率(glomerularfiltrationrate,GFR)56ppt課件.影像學測量腎小球率過濾的研究現(xiàn)狀CT檢查：依據在于每個像素內平掃和增強前后CT值變化與對比劑濃度成比例，利用所得到CT值可計算腎臟的對比劑清除率。方法：Patlak曲線法、改良的Patlak曲線方法，Lee三室模型，以及Lee三室RPF模型等等。MR檢查：MR動態(tài)對比增強成像序列有良好的時間、空間分辨率，快速成像序列可接近實時監(jiān)測Gd對比劑在腎內的轉運過程。方法：Gates’法類似模型，重疊合法，兩室模型Baumann、Rudin方法和Patlak-Rutland方法及多室動力學模型方法。57ppt課件.腎小球率過濾的測量GFR測定過程中的醫(yī)學概念GFR的測量紅細胞壓積值：紅細胞壓積值(hematocrit,HCT)：又稱紅細胞比容/比積，也稱血細胞比容，紅細胞壓積值，是值紅細胞占血漿的百分比。腎小球濾過率：是指單位時間從腎小球濾過的血漿容量(ml/min)。自動測量GFR手動測量GFR58ppt課件.四肢骨密度測量(BoneMineralDensity,BMD)圖像拼接59ppt課件.骨密度測量(背景)骨質疏松癥骨密度降低所引發(fā)的主要病癥高骨折風險股骨近端和腰椎發(fā)生骨折的危險最高歐盟:每年約400,000例與年齡相關(骨折易發(fā)年齡:

女40%,男13%,>50歲)60ppt課件.骨密度測量(方法)X射線攝片光子吸收法雙能X射線吸收法超聲測量法定量CT(QuantitativeComputedTomography,QCT)61ppt課件.QCT測量骨密度對平片的手動測量對三維重建序列的測量BMD=a×CTValue+b測量部位的分割皮質骨與松質骨的分離數值的測量

腰椎分割效果圖股骨分割效果圖62ppt課件.圖像拼接(背景)圖像拼接是將數張有重疊部分的圖像(可能是不同時間、不同視角或者不同傳感器獲得的)拼成一幅大型的無縫高分辨路圖像的技術。圖像配準圖像融合63ppt課件.圖像拼接(結果)X射線胸椎拼接X射線腿部拼接MR脊柱拼接64ppt課件.婦科乳腺CAD超聲、MR、X射線女性生命安全的第一大殺手每年以3%的速度上升關鍵在于早期診斷乳腺鉬靶X射線攝影65ppt課件.乳腺CAD乳腺圖像預處理，目標識別，特征提取，智能學習等，其焦點幾乎都集中在腫塊、鈣化點或腫塊、組織異?；蚰[塊、鈣化點和組織異常的自動檢測及其檢測性能的提高上。由計算機檢出病變(鈣化簇、團狀腫塊、腋窩淋巴結等)。根據特征量的分析，對檢出病變的良惡性進行鑒別。求取病灶陰影的定量尺度，提供客觀的數值分析。進行高反差的圖像處理，病灶陰影得以突出，提供易于檢出的圖像。應用：66ppt課件.乳腺CAD在病變檢出中的應用(1/2)

鈣化檢測腫塊檢測40%以上的乳腺疾病伴有微鈣化鈣化點大小不一、直徑一般小于0.5mm，形狀不規(guī)則，往往表現(xiàn)為多形性CAD使圖像中的鈣化點增強，常常可檢測到人眼所不能分辨的微小鈣化灶傳統(tǒng)的圖像處理技術基于形態(tài)學的檢測方法基于小波變換的多分辨分析法差值圖像法高