1、醫學影像后處理醫學影像后處理123醫學影像后處理功能醫學影像后處理的其它應用和發展醫學影像后處理應用2醫學影像后處理123醫學影像后處理功能醫學影像后處理的其它應用和發展醫學影醫學影像后處理功能輔助觀察通過向醫生提供更多的觀察方式，給醫生更多的參考，有利于醫生更加快速做出正確的診斷。輔助診斷提供給醫生一些診斷的建議，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。3醫學影像后處理醫學影像后處理功能輔助觀察通過向醫生提供更多的觀察方式，給醫輔助觀察多平面重建(Multi-Planar Reformation, MPR)曲面重建(Curved Planar Reformation

2、, CPR)表面遮蓋(Surface Shaded Display, SSD)最大密度投影(Maximum Intensity Projection, MIP)最小密度投影(Minimum Intensity Projection, MinIP)容積重現(Volume Rendering, VR)虛擬內窺鏡(Virtual Endoscopy, VE)4醫學影像后處理輔助觀察多平面重建(Multi-Planar Reforma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

3、補橫斷圖像觀察的不足，有利于病變的準確定位。5醫學影像后處理多平面重建(MPR)MPR是把橫斷面的像素疊加起來回到三維容曲面重建(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)優點：幫助醫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。6醫學影像后處理曲面重建(CPR)CPR與MPR類似，不同點是疊加成三維容積表面遮蓋(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

4、血管、腎血管及骨與關節的三維顯示。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信息。頸動脈CTA的SSD圖像7醫學影像后處理表面遮蓋(SSD)SSD是提取組織結構邊緣的體素信息，把容積最大密度投影(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，可發現血管鈣化，顯示骨折情況，反映骨密度變化，清晰顯示對內固定裝置。8醫學影像后處理最大密度投影(MIP)MIP是沿著虛擬的操作者視線方向，

5、將相最小密度投影(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；在術前為外科醫生提供有價值的指導信息。9醫學影像后處理最小密度投影(MinIP)MinIP與MIP相似，是將每一條容積重現(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，實現三維顯示。容積重現(脊柱側彎)優勢：最大

6、限度的保留了原始數據的細節，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、尿路、支氣管樹、肌束的三維顯示。10醫學影像后處理容積重現(VR)VR是沿著虛擬操作者視線方向，將容積數據的所虛擬內窺鏡(VE)VE是利用醫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、虛擬現實技術，模擬傳統光學內窺鏡的一種技術。優勢：克服傳統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、手術規劃、實現手術的精確定位和醫務人員的培訓等；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11醫學影像后處理虛擬內窺鏡(VE)V

7、E是利用醫學影像作為原始數據，融合圖像處輔助診斷測量分割檢測配準融合在醫學圖像后處理中計算機輔助診斷(Computer Aided Diagnosis, CAD)是很重要的一種應用，主要包括：12醫學影像后處理輔助診斷測量在醫學圖像后處理中計算機輔助診斷(Compute測量圖像測量是指對圖像中目標或區域的特征進行測量，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，三維區域的平均密度；二維基礎上的距離、面積、角度和統計分布等測量；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R

8、OI區域測量13醫學影像后處理測量圖像測量是指對圖像中目標或區域的特征進行測量，包括圖像的分割(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域，使得這些特征在同一區域內，表現為一致性或相似性，在不同區域表現明顯不同。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。14醫學影像后處理分割(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分割(方法)基于區域的分割基于統計學的分割基于結構的分割基于輪廓模型的分割基于Level Set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15醫學影像

9、后處理分割(方法)基于區域的分割血管分割左右肺分割結腸分割15醫學分割(意義)可輔助醫生進行診斷和制定對病人的治療方案；用于醫學圖像的分析，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。16醫學影像后處理分割(意義)可輔助醫生進行診斷和制定對病人的治療方案；16醫檢測(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學圖像，以發現并檢出病變，從而輔助醫生臨床診斷，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。17醫學影像后處理檢測(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

10、處檢測(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、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檢測18醫學影像后處理檢測(作用)乳腺：可提供乳腺癌診斷的敏感度，降低致密型乳腺內配準融合(配準)配準：是指對于一幅醫學圖像采用一種(或一系列)空間變換，使它與另一幅醫學圖像上的對應點達到空間上的一致。配準19醫學影像后處理配準融合(配準)配準：是指對于一幅醫學圖像采用一種(或一系列配準融合(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，

11、采用某種算法把各個圖像的優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20醫學影像后處理配準融合(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：21醫學影像后處理融合配準(方法) 基于特征的圖像配準基于圖像灰度的融合算法配融合配準(意義)用于臨床醫療診斷用于外科手術、放射治

12、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22醫學影像后處理融合配準(意義)用于臨床醫療診斷22醫學影像后處理123醫學影像后處理功能醫學影像后處理的其它應用和發展醫學影像后處理應用23醫學影像后處理123醫學影像后處理功能醫學影像后處理的其它應用和發展醫學影醫學影像后處理應用醫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24醫學影像后處理醫學影像后處理應用醫學影像后處理已經可以應用到大部分組織器官腦部(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

13、因我國每年腦卒中新發病例為250萬，死于卒中的病例為150萬醫療開支以及損失大全世界所面臨的艱巨問題灌注25醫學影像后處理腦部(背景)世界上每年有570萬人因腦卒中而失去生命灌注25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26醫學影像后處理灌注腦部灌注增強造影26醫學影像后處理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狀態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平掃等常規影像技術更早更準確地診斷腦組織缺血等疾病27醫學影像后處理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

14、微灌注成像的理論基礎(1/3)核醫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-Density Curve, TDC)，從而獲得：腦血流量(Cerebral Blood Flow, CBF)腦血容量(Cerebral Blood Volume, CBV)平均通過時間(Mean Transit Time, MTT)達峰時間(Time TO Peak, TTP)28醫學影像后處理灌注成像的理論基礎(1/3)核醫學放射性示蹤劑稀釋理論以及中灌注成像的理論基礎(2/3)分期機體調節狀態腦局部的變化狀

15、態腦循環儲備力發揮作用腦血流動力學發生異常變化，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穩定。腦代謝儲備力發揮作用腦循環儲備力失代償，CBF達電衰竭閾值以下，神經元的功能出現異常，機體通過腦代謝儲備力的作用來維持神經元代謝穩定。表1 腦局部缺血的病理生理變化29醫學影像后處理灌注成像的理論基礎(2/3)分期機體調節狀態腦局部的變化狀態灌注成像的理論基礎(3/3)分期腦血流狀態微循環狀態灌注表現0CBF無下降腦局部側支循環建立良好各參數圖均正常1CBF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

16、2CBF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1CBF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2CBF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30醫學影像后處理灌注成像的理論基礎(3/3)分期腦血流狀態微循環狀態灌注表現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

17、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31醫學影像后處理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響應函數。對理想狀態下，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32醫學影像后處理灌注圖像后處理算法 (2/2)模型原理：去卷積法32醫學影像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

18、)33醫學影像后處理灌注圖像后處理結果CT腦灌注分析參數結果偽彩圖(CBF，CB胸腹部心臟肺結腸泌尿34醫學影像后處理胸腹部心臟34醫學影像后處理心臟(背景1)影像診斷方式X射線(X-Ray)超聲心動圖(Ultrasonic Echocardiogram, UCG)心血管造影(Angiography)血管內超聲(Intravascular Ultrasound, IVUS)放射性核素檢查核磁共振(Magnetic Resonance, MR)計算機斷層(Computed Tomography, CT)MSCT35醫學影像后處理心臟(背景1)影像診斷方式X射線(X-Ray)MSCT35醫心臟(背

19、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生的經驗和能力影像診斷早期困難影像診斷受醫生個人工作狀態影像嚴重CAD36醫學影像后處理心臟(背景2)影像診斷缺點只能定性觀察，沒有定量信息CAD3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37醫學影像后處理心臟CAD心臟組織自動分割37醫學影像后處理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

20、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。38醫學影像后處理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。39醫學影像后處理血管樹解析 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

21、端近端40醫學影像后處理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30%，認為輕度狹窄；狹窄度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(20%)、遠端極度扭曲等病變。41醫學影像后處理血管病變組織檢測與分析(2/3)狹窄度評判標準：狹窄度50 歲)59醫學影像后處理骨密度測量(背景)骨質疏松癥59醫學影像后處理骨密度測量(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(Quantitative Computed Tomography, QCT)

22、60醫學影像后處理骨密度測量(方法)X射線攝片60醫學影像后處理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61醫學影像后處理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 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62醫學影像后處理圖像拼接(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63醫學影

23、像后處理圖像拼接(結果)X射線胸椎拼接X射線腿部拼接MR脊柱拼接63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64醫學影像后處理婦科乳腺CAD超聲、MR、X射線64醫學影像后處理乳腺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、組織異常或腫塊、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

24、的圖像。應用：65醫學影像后處理乳腺CAD乳腺圖像預處理，目標識別，特征提取，智能學習等，其乳腺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，形狀不規則，往往表現為多形性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的圖像處理技術基于形態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斯統計檢測法基于模糊神經網絡和圖像特征提取的檢測方法乳腺CAD檢出簇狀鈣化灶的結果66醫學影像后處理乳腺CAD在病變檢出中的應用(1/2) 鈣化檢測 腫塊檢乳腺CAD在病變檢出中的應用(2/2) 鈣化檢測 腫塊檢測在80%90%的乳腺病例中存在致密腫塊陰影灰度較高的團塊，直徑大約為0.55cm，密度高于周圍腺體組織或乳頭的密度邊緣不清，常伴有分葉狀和毛刺狀改變腫塊區域分割：區域生長、基于主動輪廓模型的圖像分割、基于水平集的圖像分割方法等。腫塊特征提取：人工神經網絡法、線性鑒別分析法、模糊聚類法、支持向量機