医学图像处理概述-PPT.ppt

天津医科大学,医学影像系,天津医科大学,医学图像处理,主讲教师：郭 丽,天津医科大学,随着医学影像技术的日益成熟以及各种各样的医学影像设备在医院中的广泛使用,可以便捷无损地获取到人体内部组织信息图像,如何通过图像处理技术对这些信息进行有效的处理,用于辅助医生的诊断甚至进行手术规划等,具有重大的社会效益和广泛的应用前景。正是在这种形势下,结合医学影像专业开设了,医学图像处理,课程。,为什么开设这门课？,天津医科大学,教学的基本要求,:,了解医学图像的基本特点和图像处理的基本概念,了解图像处理技术相关领域的情况以及图像处理和分析的基本组成模块,;,能够利用,VB,完成各种医学图像信息处理,包括医学图像的增强、空间变换、边缘检测、分割和目标分析和显示等操作。,天津医科大学,课程考核,平时成绩（占,30%,）：,论文阅读（翻译或者总结报告）,程序总结报告,课程演讲和讨论,考勤,期末考查（占,70%,）：,以图像处理程序为主,天津医科大学,参考资料,医学影像处理与分析,田捷等 编著电子工业出版社,2003,年,医学影像图像处理,康晓东 主编,人民卫生出版社，,2009,年,3,月,天津医科大学,参考资料,数字图像处理（第二版），,Rafael C.Gonzalez&Richard E，,阮秋琦等译；,电子工业出版社，,2002,“Digital Image Processing”,Rafael C.Gonzalez&Richard E.Woods,Addison-Wesley,2002,天津医科大学,主要内容,医学图像处理导论,图像后处理,图像的基本处理及运算,图像增强与代数运算,医学图像应用算法,综合程序设计,天津医科大学,第一章 医学图像处理导论,医学图像的研究意义,图像的若干概念,数字图像的若干指标,图像的基本数学表达式,数字图像的采样,什么是图像处理？,图像使我们人类能感知到世界最好的体现。视觉让我们人类能感知和理解周围的事物,人类是最主要的视觉真是体验着。并不是所有的动物都有人类这样的视觉,图像理解图像分析和计算机视觉 电子的复制了人类视觉效果,天津医科大学,自然界奇观,1,4,5,3,2,1.,松鼠的视觉,2.,鲨鱼的视觉,3.,狗的视觉,4.,猫的视觉,5.,海龟的视觉,天津医科大学,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。,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。,1.1,医学图像的研究意义,应用范围,天津医科大学,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。,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。,1.1,医学图像的研究意义,应用范围,天津医科大学,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。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,。,1.1,医学图像的研究意义,应用范围,天津医科大学,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。,1.1,医学图像的研究意义,应用范围,天津医科大学,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。,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(Hospital,InformationSystem,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。,11,医学图像的研究意义,应用范围,天津医科大学,全自动细胞,DNA,定量分析检测系统,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,MRI,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,PET,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,超声图象,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,三维超声图象,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,DSA,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,红外图象,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,红外图象,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,正常,囊肿,硬化,骨质疏松症,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,螺旋,CT,的结肠镜扫描,螺旋扫描,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,乳腺造影术,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,航空航天,登月、火星照片处理,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,航空航天,飞机遥感、卫星遥感,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,航空航天,气象预报,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,通讯领域,发展趋势：多媒体通讯,电话、电视、计算机三网合一,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,工业,印刷电路板,机器人视觉,零件检测,邮政信件的自动检测,工业探伤,。,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,金属腐蚀程度？,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,图纸矢量化,(Vectoring),历史图纸的数字化,图纸生产管理,主要技术,点阵表示,矢量表示,地质勘探部署图,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,图纸矢量化,主要技术,追踪,点的邻域特征,;,交叉点问题,(,利用曲线的光滑性,),细化,(Thinning):,单像素宽度,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,军事公安,导弹制导,侦察照片的处理,指纹识别、人脸识别,车牌自动识别,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,气象预报,气象云图,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,计算机合成图像,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,动画,娱乐,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,军事目标跟踪,隐形飞机、定位轰炸,天津医科大学,三维实景虚拟,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,三维实景虚拟,居室虚拟,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,自然景观模拟,美人鱼,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,人眼虹膜识别系统,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,人脸识别：最友好、直接的系统,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,1.1,医学图像的研究意义,-,其他应用,天津医科大学,主要学科,计算机图形学、计算机视觉和模式识别,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,1.1,医学图像的研究意义,-,相关学科,天津医科大学,（,1,）,图像处理,（,2,）图像识别,（,3,）图像理解,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,关键步骤,1.1,医学图像的研究意义,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示&描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,表示与描述,图像增强,对象识别,问题域,彩色图像处理,图像压缩,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,表示&描述,彩色图像处理,图像压缩,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,图像增强,对象识别,问题域,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,表示&描述,彩色图像处理,图像压缩,图像采集,图像,复原,形态学处理,分割,图像增强,对象识别,问题域,1.1,医学图像的研究意义,关键步骤,天津医科大学,1.2,图像的若干概念,图像：,图,像,:某种物理量的平面或空间分布图称为图象。,可,见图,像,:能为人的视觉系统所直接感受的图像，称为可见图象。,不可见物理图像：不能为人眼直接感受的图像，称为不可见物理图象。不可见图像最终会被转换为可见图像。,天津医科大学,模拟图像与数字图像,1.2,图像的若干概念,图像处理应用范围很广，因而获取图象的手段也很多。如照相机、电视摄象机、多光谱扫描仪、,X,光摄影机等都是成象系统。为便于对成象系统运用数学工具进行分析，就需要建立它的模型。,模型：是系统物理特性的数学抽象。,天津医科大学,模拟图像和模拟图像处理,1.2,图像的若干概念,模拟图像,:,指用连续变化的电信号来表征且能直接用模拟监视器显示的图像。在数学模型上可归于空间位置连续系统。,若系统的输入图像和输出图,像,都是空间位置的连续信号，则称此系统为空间位置连续系统。其相应的数学模型为连续函数。可用数学解析方法进行分析。,人类最早的图像处理是光学的处理，如放大、缩小、显微等，这些都属于模拟图,像,的处理。这种处理从本质看是属于连续信号的并行处理的范畴，其最明显的特点是处理速度快。,天津医科大学,数字图像和数字图像处理,1.2,图像的若干概念,数字图像：把需处理的,模拟图像数,字化。以便输入计算机进行处理。,实际上，数字图像处理中的成像系统往往是混合系统，即输入为空间位置的连续信号，而输出为空间位置的离散信号。但混合系统的数学模型运算起来不很方便，一般不采用。,实际应用中把数字图像处理分为三部分，图像数字化器，数字图像处理器和数字图像视觉重建。,图像数字化器为混合系统，而数字图像处理器为空间位置离散系统，即系统输入图像和输出图像都是空间位置的离散信号。,天津医科大学,图像数字化器,1.2,图像的若干概念,图像数字化器由以下模块组成：,分割：用空间的网格划分图像,将一幅空间域连续的图像划分为由若干区域组成的图像。,采样：采样是把连续图像变为离散的点状图像，这是进入计算机进行处理的重要步骤。方法是将网格内的灰度平均值或网格节点的灰度值作为点的灰度值。,量化：有序的记录各点的灰度值，最终达到以一个有序的灰度数字序列表示一幅连续图像。,天津医科大学,1.2,图像的若干概念,天津医科大学,像素值往往用来表示像素的灰度级、颜色、高度值、透明度等等。,1.2,图像的若干概念,天津医科大学,图像（水平）尺寸,M,：,图像（垂直）尺寸,N,：,象素灰度级数,G,(,k,-bit),：,图像所需的位数,b,：,12,图像的若干概念,天津医科大学,1 pixel,1.2,图像的若干概念,天津医科大学,一般的，图像格式包括,:,每像素,1,个样值,(B&W or Grayscale),每像素,3,个样值,(Red,Green,and Blue),每像素,4,个样值,(Red,Green,Blue,and,“,Alpha,”,a.k.a.Opacity),1.2,图像的若干概念,天津医科大学,数字图像处理器,1.2,图像的若干概念,数字图像处理器为空间位置离散系统，空间位置离散系统以离散数学为基础，用向量与矩阵理论进行分析。适合于电子计算机进行大规模运算。因此要解决的主要是算法和速度。,算法决定了数字图象处理的目的，任务，要求和质量。当然也包含了速度。,天津医科大学,总结,医学图像的研究意义,图像的若干概念,