医学图像处理重点内容

医学图像处理重点内容复习1、了解医学图像的发展过程2、掌握多种成像模式3、了解医学图像处理的研究内容及应用第一节医学图像处理概论多种成像模式由于成像的原理和设备的不同，存在多种成像模式（ImagingModalities）。描述生理形态的解剖成像模式（AnatomicalImagingModaligies)。比如X光照相术、CT技术、MRI成像、US成像、DSA数字减影血管造影术。描述人体功能或代谢的功能成像模式（FunctionalImagingModality）。比如PET正电子发射断层扫描成像、SPECT单光子发射断层扫描成像、fMRI功能磁共振成像等。多种成像模式解剖成像模式功能成像模式X光照相术SPECT单光子发射断层扫描像CT计算机断层扫描技术PET正电子发射断层扫描像MRI磁共振成像fMRI功能磁共振成像US超声成像EEG脑电图光纤内窥镜图像MEG脑磁图DSA数字减影血管造影术光学内源成像MRA磁共振血管造影术医学图像的获取医学图像的变换医学图像的增强医学图像的恢复医学图像的压缩医学图像的分割医学图像的三维重建与可视化医学图像的配准与融合虚拟现实技术DICOM数据通信技术PACS系统医学图像处理的研究内容医学图像处理的应用1.辅助医生诊断2．仿真多角度扫描3．数字解剖模型4．手术教学训练5．制定手术计划6．手术导航与术中监护…1、掌握图像数字化的过程：采样和量化（分别对图像质量的影响）2、掌握常用的图像数据格式3、掌握灰度直方图的概念及性质4、掌握伪彩色与假彩色的概念5、掌握常用的体数据文件的格式（DICOM3.0）第二节医学图像处理基础采样:将空间上连续的图像转换成离散的采样点（像素）集的过程。均匀采样是把一幅连续图像在空间上分割成MN个网格，每个网格对应一个像素点。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（a）原始图像(256×256)；（b）采样图像1(128×128)；（c）采样图像2(64×64)；（d）采样图像3(32×32)；（e）采样图像4(16×16)；（f）采样图像5(8×8)不同采样点数对图像质量的影响量化是把采样点上对应的亮度连续变化区间转换为单个特定数码的过程，灰度的离散化。量化：连续灰度值量化值(整数值)灰度标度灰度量化Zi＋1ZiZi－1qi＋1qi－125525412812710……(a)(b)将连续图像的像素值分布落在[Zi，Zi+1]范围内的点的取值量化为qi+1，称之为灰度值或灰阶(GrayLevel)。把真实值Z与量化值qi+1之差称为量化误差，把表示对应于各个像素的亮暗程度称为灰度级或。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）不同量化级别对图像质量的影响（a）原始图像(256级)；（b）量化图像1(128级)；（c）量化图像2(64级)；（d）量化图像3(32级)；（e）量化图像4(16级)；（f）量化图像5(8级)（g）量化图像6(4级)；（h）量化图像7(2级)；虚假轮廓2、图像的数据格式图像在计算机中是以数据文件形式存储的。存储的格式有很多种，较常用的有BMP、GIF、JPEG、TIFF、PCX等。3、灰度直方图灰度直方图是表示一幅图像灰度分布情况的统计图表。横坐标表示灰度级，一般用r表示，纵坐标表示图像中具有该灰度级的像素个数或出现的概率P(rk)，这样绘制出的曲线称作图像灰度直方图。NnrPkk/)(knkr像素总数为N，灰度级为L，为第K个灰度的像素数，表示第K个灰度级，（a）（b）直方图与图像性质（c）（d）直方图可以看出图像的总体性质，图像的明暗程度、细节、动态范围等。（a）的直方图则表示图像中灰度高的像素较多，图像总体就明亮些。图（b）的直方图表示图像中灰度低的像素较多，总体显得偏暗。图（c）的直方图中，各种灰度的像素数目分布的范围较宽，也很均匀。图像动态范围大，显得清晰明快。图（d）的直方图中，大多数像素的灰度集中在一个很窄的灰度范围。图像动态范围小，细节不清楚。4、伪彩色与假彩色CT、MRI等扫描图像本身是没有颜色的。临床扫描的医学图像多是灰度图像，一般有256个灰度分布或更多。人的肉眼能够直接分辨的灰度等级只有16个左右，但是人眼对色彩的微小变化较为敏感。因此，医学上往往用人工方法给这些图像赋予一些颜色，将这些灰度图像转换为彩色图像，以增强人们对图像的分辨和理解。为了与物体固有的真颜色予以区别，这种人工色彩被称作假彩色或伪彩色。5、图像体数据许多医学图像(特别是断层图像Tomography，例如CT，MR，PET等)采集的数据均为体数据集(VolumeDataset)。体数据文件有多种格式，例如：DICOM3.0，Minc等。1、掌握图像的傅里叶变换2、掌握图像的离散余弦变换第三节医学图像的变换1、傅立叶变换傅里叶变换是将以灰度信息表示的图像转变成以不同频率信息表示的图像，将图像的灰度分布函数变换为图像的频率分布函数。傅里叶变换的参数都是复数。a)原始图像b)离散傅立叶频谱图像的低频能量都集中在中心部分，高频能量集中在四周，便于对图像的频谱进行各种处理（滤波、降噪等）。2、离散余弦变换傅里叶变换的一个最大的问题是：它的参数都是复数，在数据的描述上相当于实数的两倍，不易计算。为此，我们希望有一种能够达到相同功能但数据量又不大的变换。在此期望下，产生了DCT变换。DCT变换系数是实数。图像的低频能量集中在左上角，高频能量集中在右下角。DCT变换在图像处理中的应用离散余弦变换实际上是傅立叶变换的实数部分。主要用于图像的压缩，如目前的国际压缩标准的JPEG格式中就用到了DCT变换。对大多数图像，离散余弦变换能将大多数的信息放到较少的系数上去，提高编码效率。1、掌握图像增强方法的分类2、掌握对比度、直方图均衡化、图像平滑、图像锐化的概念3、掌握常用的图像平滑、图像锐化的方法第四节医学图像的增强根据对图像的增强处理是在频率域还是空间域，把图像增强技术分为频域增强和空域增强。空域增强是指在图像所在的空间内直接对像素灰度值进行运算处理。频域增强是在图像的频域内，对图像的变换值进行运算，然后通过逆变换获得图像增强效果。1、图像增强方法亮度的最大值与最小值之比称为对比度。对比度不足的弊端可以通过灰度变换扩展对比度加大图像的动态范围，图像清晰，特征明显。直方图均衡化又称直方图平坦化，是将已知灰度概率密度分布的图像，经过某种变化，变成一幅具有均匀灰度概率密度分布的新图像。图像平滑主要是消除图像中的噪声。图像锐化主要用于增强图像中的轮廓边远、细节以及灰度跳变部分，形成完整的物体边界，达到将物体从图像中分离出来或将表示同一物体表面的区域检测出来的目的。2、几个概念图像平滑空域常用的方法：邻域平均法、中值滤波。频域：低通滤波器。图像锐化微分法（梯度法、拉普拉斯运算法）、频域：高通滤波器。３、平滑、锐化方法1、掌握图像压缩编码的分类：有损压缩、无损压缩2、掌握常用的无损压缩与有损压缩的方法无损压缩：霍夫曼编码、游程编码、算术编码有损压缩：变换编码、预测编码第五节图像的压缩与编码1、掌握图像三维重建的基本方法：面绘制技术体绘制技术第六节图像的三维重建与可视化1、掌握图像存储与传输系统的概念2、了解与ＰＡＣＳ相关的几个医学信息系统图像存储与传输系统（简称ＰＡＣＳ）是应用数字成像技术、计算机技术和网络技术，对医学图像进行采集、存储、传输、检索、显示、诊断、输出、管理、信息处理的综合应用系统。医院信息系统（ＨＩＳ）放射科信息系统（ＲＩＳ）第七节图像存储与传输系统