医学成像系统及医学图像处理

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1、医学成像系统及医学图像处理孙文红从信息量的角度看，一幅图像所包含的信息远比一条曲线或几个数据要多。它以直观的形式向医生展示人体内部的结构或有关生理参数的空间分布，为医生的诊断提供重要依据，成为临床诊断与医学研究中不可缺少的工具。图像科学包含图像的形成、获取、传输、存储、分析、识别等。在医学图像研究领域中主要包含以下两个相对独立的研究方向：医学成像系统（MedicalImagingSystem）和医学图像处理（MedicalImageProcessing）。成像系统是指图像形成的过程，它研究从源到像的物理过程，包括对成像机理、成像设备、成像系统的

2、分析等问题的研究；图象处理是指对已经获得的图像作进一步的处理，其目的一是使原来不够清晰的图像复原；二是为了突出图像中的某些特征信息（如突出图像轮廓边缘）；三是对图像作模式分类等。医学图像涉及物理学、电子学、计算机技术等广泛的学术领域。随着各项高新科技的发展，医学图像已经从形态到功能、从静态到动态、从平面到立体、从局部到整体获得了飞速的发展。在实际应用中，医学图像与计算机图形学结合可以让医生从各个不同角度观察人体内部结构，医学图像与计算机及通信技术结合可以完成图像的传输、归档、管理等复杂的工作。医学成像系统概述医学成像技术的发展历史一般可追溯到1

3、895年伦琴发现X射线。X射线在医学上的应用使医生有可能观察到人体内部的结构，为医生诊断疾病提供了重要的信息。从五十年代开始，医学成像技术逐步进入了飞速发展的年代，各种新技术相继被应用于医学成像系统中。新的成像方式不断出现，所成的图像不仅提供了人体组织在解剖上的结构，而且为器官功能检查提供了可能。所用的技术包括超声、核素成像等。六十年代早期，计算机断层摄影技术的出现使医学成像技术的发展达到了一个高峰。它从根本上克服了传统X线成像中影像重叠的问题，获得了高分辨率的清晰的断层图像。是八十多年来X线诊断学上的一次重大革命性飞跃。也是二十世纪科学技术的

4、重大成就之一。发明者因此获得了1979年度的诺贝尔医学奖。今天，几乎所有的物理方法都已或多或少地渗透到了医学成像的领域，如X射线成像、超声成像、放射性同位素成像及磁共振成像等。这些不同的成像方式所提供的人体结构或生理参数的图像为提高临床诊断与治疗的有效性发挥了极大的作用。医学成像设备已成为现代化医院的一个重要的标志。常见医学图像医学成像系统简介投影X射线成像系统X射线计算机断层成像超声成像系统放射性核素成像磁共振成像系统红外线成像系统医学成像新技术1.投影X射线成像系统X射线的发现使人们意识到了X射线在医学成像中的应用前景。在此后的几十年中，X

5、射线摄影技术有了不小的发展，包括使用旋转阳极X射线管、影像增强管及采用运动断层摄影等。但由于常规的X射线成像技术是将人体三维结构投影到一个二维平面上，会产生图像重叠，造成读片困难。此外，投影X射线成像对软组织的分辨能力较差，使得它在临床中的应用也受到一定的限制。为了获得脏器的清晰图像，人们又设计了一些特殊的X射线成像装置。如X射线数字减影装置(digitalsubtractionangiography，简称DSA)就是一个例子。DSA的基本工作原理是：将X射线机对准人体的某一部位，并将X射线造影剂注入人体血管中。如果在注入造影剂的前后分别摄取这

6、同一部位的X射线图像，然后再将这两幅图像相减，那么就可以消除图像中相同结构的部分，而突出注人造影剂的血管部分。DSA在临床中已成功地用于血管网络的功能检查。2.X射线计算机断层成像X射线计算机断层成像（X－raycomputedtomography，简称X－CT），成功地解决了投影X射线成像中出现的影像重叠问题。实现X－CT的理论基础是从投影重建图像的数学原理。当代图像重建理论最杰出的贡献者之一是美国的物理学家A.M.Cormack。他自20世纪50年代开始发表了一系列的论文，不仅证明了在医学领域中从X射线投影数据重建图像的可能性，而且提出了相

7、应的实现方法并完成了仿真与实验研究。真正设计出一个装置来实现人体断面成像是在1972年，一位名叫G.N.Hounsfield的工程师公布了计算机断层成像的结果。这项研究成果可以说是在X射线发现后的七八十年中放射医学领域里最重要的突破性进展，也是20世纪科学技术的重大成就之一。1979年的诺贝尔生理与医学奖破例地授给了这两位没有专门医学资历的科学家。自从X—CT问世以来，技术有了很大的发展，设备装置也不断地更新换代。早期的X－CT扫描仪，数据采集与图像重建的计算过程需要较长的时间，图像的分辨率相对比较低，而病人接受的射线照射剂量却相对比较大。较新

8、的X－CT装置采用多个检测器构成的扇形扫描方式，它不仅减少了扫描与数据处理的时间，减少了照射剂量，同时还改善了图像的分辨率。在这个发展过程中，大量的研