生物医学成像技术的融合显示研究

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1、生物医学成像技术的融合显示研究-->第1章绪论1.1多模态生物医学图像融合的意义生物医学成像方法的研究方兴未艾，成像技术层出不穷，有的反映了生物组织的解剖结构，如X射线断层成像(X-rayputedTomography,X-CT)、磁共振成像(MagicResonanceImaging,MRI)、B型超声成像(B-modeUltrasound),以及在基础研宄中广泛使用的各种相衬成像(PhaseContrastImaging)；有的则描述了生物组织的成份构成、力学特性和功能分布，如正电子发射断层成像(P

2、ositronEmissionTomography,PET)、单光子发射计算机断层成像(SinglePhotonEmissionputedTomography,SPECT)、基于磁共振成像技术发展而来的磁共振谱成像(MRSpectroscopy,MRS)和动态对比增强磁共振灌注成像(DynamicContrastEnhancedMRI,DCE-MRI),以及在基础研宄中广泛使用的各种焚光成像(FluorescenceImaging)。这些多模态的影像数据相互补充，不可替代，愈加全面地描述了生物组织的生理

3、和病理状态。图像融合方法的研宄旨在通过现代计算机技术，整合多模态的图像信息，辅助影像数据的理解和运用，扩大多模态成像技术的应用范围。在临床诊断、介入手术辅助和生物医学基础研究的各种应用中举足轻重，同时也可以用来辅助新型成像技术和图像处理方法的改进和创新。1.1.1临床诊断中的应用多模态成像技术从不同角度提供了人体生物组织互补的信息。例如，CT图像可以较好地呈现骨路结构，MRI图像和超声图像善于表现复杂的软组织结构，PET图像和SPECT图像则主要用于显示代谢水平和功能分布。这些成像信息的整合在临床的诊断

4、和治疗中至关重要。ToTc-MDP、神经内分泌瘤诊断的"il-MIBG等，成像结果与人体的解剖结构完全无关。因此，SPECT图像的理解和运用必须借助图像融合，整合CT图像提供的组织结构信息。相比CT，MRI具有很高的软组织对比度，尤其擅长脑部、腹部和骨髓组织解剖结构的显示。Schlemmer等的研宄验证了MRI/PET成像设备的设计概念，通过MRI与PET的融合，成像结果可以够更好地用于人体组织形态和功能代谢情况的综合分析，在脑部和周身疾病的诊断和治疗中有广泛的应用前景。Schmuecking等的研究则

5、探讨了前列腺病变活检方案制定中MRI与MRS和DCE-MRI融合的临床价值。功能MRS是在MRI基础上发展起来的功能成像技术，其成像结果可用于人体内枸機酸盐、胆碱等成分代谢情况的量化分析；DCE-MRI则结合了分子造影和专门的图像处理算法，量化地显示了生物组织的微血管特性。这两种MRI衍生技术与结构MRI的成像结果相互补充，融合结果有重要的临床应用价值。B型超声成像采用超声波的反射和散射现象，测量生物组织的声学特性，因而可以在很大程度上显示人体软组组织的解剖结构和形态变化。RI图像的融合，评估了前列腺癌

6、放射粒子植入手术的质量。其研究基于这样的考虑：CT图像可以清晰地显示手术中植入的放射性金属粒子，而与之互补的MRI图像则有很高的软组织对比度，显示了前列腺及其周围组织的解剖结构。这两种结构成像模态的融合有助于前列腺中金属粒子分布的定位，因而可用于手术质量的评估。1.1.2介入手术中的应用在介入手术中，往往需要借助实时的成像技术对手术进行导航。然而由于介入导管的限制，这些实时成像系统的视角往往十分有限，成像质量也因为多种环境因素的影响而得不到保障。另一方面，术前的影像学检查可以提供人体组织完整的三维结构和

7、功能信息，其与实时影像数据的融合，可以在相当程度上降低手术的难度，提高操作的精度，增加治疗的成功率。各国的研宄小组在该领域的前瞻性研宄中，取得了许多有益的成果。Kriicker等的研宄将图像融合用于肝脏活检和热消融手术中穿刺针的精确定位。在传统的肝脏穿刺手术中，用于导航的超声成像系统可以实时地显示肝脏组织的运动和变化，但是相应的图像数据分辨率低，而且缺乏助骨的信息。不仅如此，图像上穿刺针的可视性完全取决于其插入的角度和消融中气体的影响。该研究采用电磁跟踪系统定位穿刺针的位置，结合术前的CT影像数据，在实

8、时超声图像上增加了穿刺针和助骨的位置信息，方便了手术的进行。在前列腺疾病的研宄中，Kaplan等通过实时超声图像与术前直肠内磁共振成像(endorectalMRI)数据的融合，保证活检手术中前列腺癌可疑区域的精确定位。该方法不仅保留了超声引导活检的实时特性，而且由于采用了活检前得到的直肠内磁共振图像数据，在相当程度上增加了影像中临床医生可辨别的目标组织解剖结构。-->Shen等的研究则探讨了提高前列腺活检手术质量的融合方案。他们将前列腺癌发