医学图像处理许向阳华中科技大学计算机学院医学图像信息研究中心 2007年 3月6日第一章

医学图像处理许向阳华中科技大学计算机学院医学图像信息研究中心 2007年 3月6日

第一章绪论 § § § 1. 1 医学影像处理和分析的重要性 1. 2 医学图像处理的发展概况 1. 3 医学图像的解读基础 1. 4 医学图像处理的研究内容 1. 5 学习和研究的可用资源

1. 1 医学影像处理和分析的重要性 • • • 生命科学研究医学诊断临床治疗 X射线、CT、MRI的发现或发明者获得诺贝尔奖，就是其重要价值的印证。

伦琴因发现X射线获得首届诺贝尔物理学奖。

Hounsfield和Cormack因发明CT获得 1979 年诺贝尔医学和生理学奖。

Bloch和Purcell因发现NMR现象获得 1952年诺贝尔物理学奖。

发明MRI中Fourier重建方法的 Ernst获得 1991年诺贝尔化学奖。

Lauterbur和Mansfield因发明MRI方法获得 2003年诺贝尔医学和生理学奖。

1. 1 医学影像处理和分析的重要性发达国家高度重视以美国为例，它是NSF，NIH的重要资助领域，近年美国还成立了NIBIB机构专门资助医学成像和生物医学程领域的研究。 NIH，National Institutes of Health 美国国立卫生研究院 NSF，National Sanitation Foundation 美国国家卫生基金会 NIBIB , National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering 生物医学影像和生物程研究所

1. 1 医学影像处理和分析的重要性 • 医学成像及图像处理设备占医院投资中的比例越来越高。仅GE公司下属的北京航卫 2003年生产的中低档CT，销售额就达 30亿元。

1. 2 医学图像处理的发展概况看不见的时代传统看病：望、闻、问、切（以定性为主）

1. 2 医学图像处理的发展概况 n 结构成像 19— 20世纪：看到病变 CT X-ray

1. 2 医学图像处理的发展概况 n 功能成像 20世纪 90年代：看到功能 f. MRI：功能核磁共振成像 PET ：正电子断层成像 SPECT：单光子发射断层成像

1. 2 医学图像处理的发展概况 n分子成像 • 光学成像 • 核磁共振成像 • 核素成像 21世纪：看到细胞、分子的变化

1. 3 医学图像的解读基础解剖学姿势，方位术语冠平面轴平面横断面矢平面

1. 3 医学图像的解读基础冠平面

1. 3 医学图像的解读基础垂直轴矢状轴人体解剖学，第六版

1. 3 医学图像的解读基础人体骨骼结构前面观

1. 3 医学图像的解读基础人体骨骼结构后面观

1. 3 医学图像的解读基础头颈部螺旋CT扫描三维重建图像，自足侧向头侧观，可见颅颈交界部的解剖结构

1. 3 医学图像的解读基础颜面部螺旋 CT扫描三维重建图像，自前向后侧观，可见双眶，鼻腔，上下颌骨的三维立体结构

X-Ray

MRI

MRI 脑轴向图 [美]迪安（Dean. D)等著，楚宪襄等译，人体断面解剖学与医学影像学图谱，2002年

PET

超声图象

超声图象 Photo courtesy Philips Research Ultrasound examination during pregnancy

超声图象 Photo courtesy Philips Research 3 D ultrasound images

DSA

红外图象

医学图象

Diagnosing Disease UV HPLC TLC FFM ECG CT ISE Chemist Radiologist Pathologist MRI US Neurologist Physician Neuro Physiologist Cardiologist Diagnosis EEG EMG

Imaging System Imaged Object End User Radiation or Energy Display Spectroscopy Image Formation Detection Processing

Human Neck Plane: Sagittal Sequence: Spin Echo

Wrist Image Coil: Sequence: Slice: TR/TE: FOV: Thk: Matrix: Nex: Asym STS Spin Echo Coronal 2000/27 ms 8 cm 1. 5 mm 256 x 256 1

Hydrocephalus MRI Center, University of Rochester Medical School

SIGNAL Image Contrast (T 2) Tumor White TE

MR Angiography Head S/I Projection MRI Center, University of Rochester Medical School

Proton NMR Spectroscopy in Multiple Sclerosis Normal-Appearing White Matter Active Plaque CHO Cr NAA LA Choline Creatine N-acetyl aspartate Lactate PM Matthews, Neurology 41: 1252 (1991)

Multispectral Tissue Classification T 1 3 D Histogram Segmented Image T 2 Fletcher, Barsotti, Hornak, Magn. Reson. Med. 29: 623 (1993)

Morphological Image Processing Normal Osteoporosis Cystic Sclerotic Chen, Dougherty, Totterman, Hornak, Magn. Reson. Med. 29: 358 (1993)

Motor Activation - Right Index Finger Movement % 100 75 5 0 25 1 Hz Hz 2 Hz 3 Schlaug, et al, 1995, Harvard Medical School and Beth Israel Hospital

Asymmetry of Auditory Regions in Musicians with Perfect Pitch Schlaug, et al, Science 267: 699 (1995)

Mammography 乳腺造影术 Benign lesion - Fibroadenoma

CT (by Picker) Colonoscopy with spiral CT Spiral scan

3 D图象

1. 4 医学图像处理的研究内容 • 医学影像数据的获取 • 数据预处理技术 • 医学图像的配准 • 医学图像的三维可视化技术 • 虚拟内窥镜 • DICOM标准 • PACS系统 • 图像引导手术

主要参考文献田捷等，医学影像处理与分析，电子业出版社，2003年。罗述谦等，医学图象处理与分析，科学出版社，2003年吕维雪，三维医学图像可视化及其应用， 2001年康晓东，医学图像的数字化处理技术，2002 年。吕维雪，医学图象处理，1989年。注：以“医学影像”在超星图书上搜索到 58本书。以 “PET” 搜索，3本; 以“CT”搜索，105本; 以“MRI”搜索，27 本; 以“超声”搜索，245本

主要参考文献 Kenneth R. Castleman, Digital Image Processing，清华大学出版社，1998。 R. C. 冈萨雷斯等，《数字图像处理》，电子业出版社，2003。章毓晋，《图象处理和分析》，清华大学出版社， 1999。容观澳，《计算机图象处理》，清华大学出版社， 2000。荆仁杰等，《计算机图象处理》，浙江大学出版社， 1990。

主要参考文献人体解剖学，第六版卖克明彩色人体解剖图谱. chm

IEEE Transactions on Medical Imaging Medical Physics in Medicine and Biology IEEE Transactions on Communications IEEE Transactions on Computers IEEE Transactions on Information Theory IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence IEEE Transactions on System, Man and Cybernetics IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing Pattern Recognition Computer Vision, Graphics, and Image Processing

主要网上资源 § § Yahoo Signal and Image Processing Links : http: //dir. yahoo. com/Science/engineering/elec trical_engineering/signal_and_image_processi ng/ Digital Image and Signal Processing Links: http: //icsl. ee. washington. edu/links/dsp. html

Terms CT: computerized tomography MRI: magnetic resonance imaging PET: positron emission tomography SPECT: single photon emission tomography DSA: digital subtraction angiography PACS: picture archiving and communication system

Terms Computer graphic: 计算机图形学 Computer vision: 计算机视觉

医学图像处理 许向阳 华中科技大学计算机学院 医学图像信息研究中心 2007年 3月6日 第一章

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