醫(yī)學圖像處置-概述專家講座

第一章緒論主要內(nèi)容：1.1倫琴開創(chuàng)了人體圖像先河1.2CT技術(shù)與三維醫(yī)學圖像1.3PET技術(shù)與功效醫(yī)學圖像1.4分子成像技術(shù)1.5醫(yī)學圖像后處理1醫(yī)學圖像處置概述專家講座第1頁醫(yī)學影像學是醫(yī)學研究領域中一個主要研究方向。醫(yī)學影像因為含有極其豐富人體信息，能以非常直觀形式向人們展示人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、形態(tài)或臟器功效等。所以，醫(yī)學影像已成為當前醫(yī)學研究及臨床診療中最活躍領域之一。

2醫(yī)學圖像處置概述專家講座第2頁醫(yī)學影像學包含人體信息獲取以及圖像形成、存放、處理、分析、傳輸、識別與應用等，主要內(nèi)容可歸納為三大部分：醫(yī)學影像物理學（成像原理）、醫(yī)學影像處理技術(shù)和醫(yī)學影像臨床應用技術(shù)。醫(yī)學影像物理學是指圖像形成過程物理原理，主要任務是依據(jù)臨床需求或醫(yī)學研究需要，對成像原理、成像系統(tǒng)分析研究，將人體內(nèi)感興趣信息提取出來，以圖像形式進行顯示，并對各種醫(yī)學圖像質(zhì)量原因進行分析。被提取信息能夠是形態(tài)、功效或成份等，信息載體能夠是電磁波或機械波，所顯示形式能夠是一維、二維或三維甚至是四維等不一樣層次圖像。醫(yī)學影像學主要研究內(nèi)容3醫(yī)學圖像處置概述專家講座第3頁醫(yī)學影像處理技術(shù)是指對已經(jīng)取得圖像作深入處理，如對其進行分析、識別、分割、分類等，確定哪些部分應增強或一些特征應被提取，其目標是使原來不夠清楚圖像變得清楚，或者是為了突出圖像中一些特征信息等。醫(yī)學影像臨床應用技術(shù)是在診療和治療過程中對于需要處理醫(yī)學問題，依據(jù)各種醫(yī)學影像特點，在臨床上以最敏感信息、最快速度和最經(jīng)濟伎倆取得最客觀診療和最優(yōu)治療方案選擇、確定和實施。醫(yī)學影像學主要研究內(nèi)容4醫(yī)學圖像處置概述專家講座第4頁醫(yī)學影像學X線成像可見光成像X線計算機體層成像磁共振成像紅外、微波成像放射性核素成像阻抗成像超聲成像醫(yī)學影像學分類外源型X-rayRadiographyX-rayCTUltrasoundOptical:Reflection,Transillumination內(nèi)源型SPECTPET混合型MRI,fMRIOpticalFluorescenceElectricalImpedance5醫(yī)學圖像處置概述專家講座第5頁X-rayimagingCTMRIUSPETMicroimage6醫(yī)學圖像處置概述專家講座第6頁成像信息解剖信息AnatomicalX-RayRadiographyX-RayCTMRIUltrasoundOptical功效/代謝信息Functional/MetabolicSPECTPETfMRIUltrasoundOpticalFluorescenceElectricalImpedance7醫(yī)學圖像處置概述專家講座第7頁德國物理學家倫琴倫琴夫人手X光片1895年德國物理學家倫琴（WilhelmConradR?ntgen，）發(fā)覺一個未知射線，稱做“X”射線，并用“X”射線給他夫人手拍照。這就是人類史上第一次科學技術(shù)醫(yī)學成像。為了紀念他，人們將"X"射線又叫做倫琴射線。倫琴本人也因為這一重大貢獻取得第一個諾貝爾物理學獎。1.1倫琴開創(chuàng)了人體圖像先河8醫(yī)學圖像處置概述專家講座第8頁ChestRadiograph今后，X光片應用日益廣泛，今天，已經(jīng)成為幾乎全部醫(yī)院不可或缺常規(guī)醫(yī)學檢驗伎倆。9醫(yī)學圖像處置概述專家講座第9頁

X射線成像原理X射線成像是基于待成像物體各組成部分密度不一樣，因而對X射線吸收不一樣，從而透射X射線強度差異，在乳膠片上成像（左圖）。X光圖片是X射線通路上物體對射線吸收積分效果。一個大小和密度相同腫瘤或病灶，不論在體內(nèi)前、中或后部，它在X光片上表現(xiàn)圖像是一樣（右圖）。也就是說，X光圖片不能反應組織或病灶三維空間位置。10醫(yī)學圖像處置概述專家講座第10頁假如我們構(gòu)想將人體水平方向上剖面劃分為許多正方形或長方形小單元（稱做象素），然后在人體周圍沿園弧方向不停改變X光源及接收探測器位置。這么，每次X射線通路上都有不一樣象素組合，探測器會統(tǒng)計響應強度值。采取一定數(shù)學方法，我們能夠很輕易從這些統(tǒng)計探測器強度值倒推出各個象素密度。這就是反投影圖像重建技術(shù)。1.2CT技術(shù)與三維醫(yī)學圖像11醫(yī)學圖像處置概述專家講座第11頁組織類別CT值(Hu)水0腦脊液38血液1332出血6484脾臟5065肝臟5070鈣化80300肺組織-600-800骨皮質(zhì)>400脂肪-2080正常組織CT值單位：Hu，HounsfieldUnit12醫(yī)學圖像處置概述專家講座第12頁不一樣CT掃描方式13醫(yī)學圖像處置概述專家講座第13頁不一樣CT掃描方式Translation:SourceTranslation:DetectorRotate:AngularScanRingofDetectorsSourceSourceRotationPathX-raysObject14醫(yī)學圖像處置概述專家講座第14頁3-D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)yxzX-YSlicesxzyIin(x;y,z)Iout(x;y,z)m(x,y;z)m11m22m92m15m12m42m52m62m72m8215醫(yī)學圖像處置概述專家講座第15頁Hounsfield和Cormack因創(chuàng)造CT取得1979年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。16醫(yī)學圖像處置概述專家講座第16頁磁共振成像

MagneticResonanceImaging全部物質(zhì)原子核都由質(zhì)子和中子組成，假如質(zhì)子和中子總數(shù)是奇數(shù)話，原子核就有自旋并產(chǎn)生磁矩。大多數(shù)物質(zhì)都是由數(shù)個含有磁矩原子核，比如1H,2H,13C,31Na,31P,等組成。17醫(yī)學圖像處置概述專家講座第17頁MR成像原理介紹18醫(yī)學圖像處置概述專家講座第18頁橫向弛豫與縱向弛豫自旋-晶格弛豫(spin-latticerelaxation)自旋-自旋弛豫(spin-spinrelaxation)19醫(yī)學圖像處置概述專家講座第19頁三種加權(quán)MRI圖像T1WeightedSpinDensityImageT2Weighted20醫(yī)學圖像處置概述專家講座第20頁三正交顯示平面

3-viewImagingxzyyxxyzzSagitalCoronalAxial21醫(yī)學圖像處置概述專家講座第21頁功效磁共振圖像

FunctionMRimaging22醫(yī)學圖像處置概述專家講座第22頁Bloch和Purcell因發(fā)覺NMR現(xiàn)象取得1952年諾貝爾物理學獎。

23醫(yī)學圖像處置概述專家講座第23頁創(chuàng)造MRI中Fourier重建方法Ernst取得1991年諾貝爾化學獎。24醫(yī)學圖像處置概述專家講座第24頁Lauterbur和Mansfield因創(chuàng)造MRI方法取得年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。美國伊利諾大學勞特布爾（Paul

Lauterbur）——“核磁共振成像之父”

英國諾丁漢大學曼斯菲爾德（PeterMansfield）25醫(yī)學圖像處置概述專家講座第25頁超聲成像系統(tǒng)原理

UltrasoundImagingPiezoelectriccrystalAcousticabsorbersBlockersImagingObjectTransmitter/ReceiverCircuitControlCircuitPulseGenerationandTimingData-AcquisitionAnalogtoDigitalConverterComputerImagingStorageandProcessingDisplay26醫(yī)學圖像處置概述專家講座第26頁心臟B-超圖像

B-ModeImagingofHeart27醫(yī)學圖像處置概述專家講座第27頁心臟多普勒彩超圖像

DopplerImagingofBeatingHeart28醫(yī)學圖像處置概述專家講座第28頁1.3PET技術(shù)與功效醫(yī)學圖像基本原理：將放射性標識藥品注射體內(nèi)，人體代謝選擇組織或介質(zhì)，產(chǎn)生放射性發(fā)射（SPECT中伽瑪射線或PET中正電子)。之后，這些發(fā)射光子被體外探測器捕捉，生成放射性示蹤劑分布，得知人體功效信息。29醫(yī)學圖像處置概述專家講座第29頁正電子發(fā)射斷層掃描成像技術(shù)

Positronemissiontomography(PET)

PET基本原理是在人體感興趣部位注入經(jīng)放射性核素標識生物活性示蹤劑，比如脫氧葡萄糖、水、氨基酸和多巴胺等。核素衰變過程中產(chǎn)生正電子很快與人體內(nèi)負電子結(jié)合。正負電子對湮滅時產(chǎn)生兩個沿1800發(fā)射γ光子。在人體周圍圓環(huán)形排列探測器中某一對若在該時刻同時接收到信號，就表明在這兩個探測器連線上有一次核素衰變。不一樣方向多個探測器計數(shù)能夠反應示蹤劑空間分布位置和濃度。常使用核素如18F、13N、15O、11C等。經(jīng)過計算機對原始數(shù)據(jù)重建處理,得到高分辨率、高清楚度活體斷層圖像，以顯示人腦、心、全身其它器官及腫瘤組織生理和病理功效及代謝情況。30醫(yī)學圖像處置概述專家講座第30頁PET成像原理31醫(yī)學圖像處置概述專家講座第31頁單光子發(fā)射計算機斷層成像技術(shù)

Singlephotonemissioncomputedtomography(SPECT)

放射性藥品引入人體，經(jīng)代謝后在臟器內(nèi)外或病變部位和正常組織之間形成放射性濃度差異，體外核射線（γ射線）探頭陣列將探測并統(tǒng)計這些差異，經(jīng)晶體管放大,光電倍增管放大,經(jīng)過計算機處理成像。32醫(yī)學圖像處置概述專家講座第32頁SPECT成像原理ObjectEmittingGammaPhotonsScintillationDetectorArraysCoupledwithPhotomultiplierTubes33醫(yī)學圖像處置概述專家講座第33頁SPECT圖像34醫(yī)學圖像處置概述專家講座第34頁1.4分子成像

Molecularimaging源于放射藥理學領域，需要以非介入方式很好地了解生物體內(nèi)基本分子通路。分子成像指對人體或其它生命體內(nèi)分子和細胞水平上生物過程可視化、特征化和測量。成像模式：磁共振成像（MRI）光學成像單光子發(fā)射計算機斷層圖像（SPECT）正電子發(fā)射斷層圖像（PET）超聲圖像探針和分子互作成像35醫(yī)學圖像處置概述專家講座第35頁可視人項目MRICT組織切片36醫(yī)學圖像處置概述專家講座第36頁年“中國虛擬人男1號”數(shù)據(jù)集在廣州南方醫(yī)科大學（原第一軍醫(yī)大）構(gòu)建成功。年初，被稱為“中國虛擬人女1號”我國首例女性虛擬人數(shù)據(jù)集在南方醫(yī)科大學構(gòu)建成功。37醫(yī)學圖像處置概述專家講座第37頁人體內(nèi)部器官半透顯著示38醫(yī)學圖像處置概述專家講座第38頁1.5醫(yī)學影像后處理

39醫(yī)學圖像處置概述專家講座第39頁醫(yī)學圖像處理與分析包含：圖像增強技術(shù)圖像分割技術(shù)圖像配準技術(shù)圖像顯示技術(shù)圖像指導治療圖像引導手術(shù)醫(yī)學虛擬環(huán)境40醫(yī)學圖像處置概述專家講座第40頁醫(yī)學影像應用

41醫(yī)學圖像處置概述專家講座第41頁MedicalApplication放射線治療42醫(yī)學圖像處置概述專家講座第42頁計算機輔助外科手術(shù)43醫(yī)學圖像處置概述專家講座第43頁X-Ray44醫(yī)學圖像處置概述專家講座第44頁

45醫(yī)學圖像處置概述專家講座第45頁GE1250MA心血管造影機（DSA）46醫(yī)學圖像處置概述專家講座第46頁GE1250MA心血管造影機（DSA）47醫(yī)學圖像處置概述專家講座第47頁數(shù)字X線影像設備CR（ComputedRadiography)系統(tǒng)

48醫(yī)學圖像處置概述專家講座第48頁DR（DigitalRadiography）數(shù)字放射攝影系統(tǒng)

DirectRayX光直接數(shù)字成像采集系統(tǒng)49醫(yī)學圖像處置概述專家講座第49頁TOSHIBA（東芝）16層多排螺旋CT

50醫(yī)學圖像處置概述專家講座第50頁CTScanner&ExampleofCTImage51醫(yī)學圖像處置概述專家講座第51頁ColonoscopywithspiralCTSpiralscanCT(byPicker)

52醫(yī)學圖像處置概述專家講座第52頁53醫(yī)學圖像處置概述專家講座第53頁54醫(yī)學圖像處置概述專家講座第54頁GE1.5T高場強磁共振掃描系統(tǒng)(MRI）55醫(yī)學圖像處置概述專家講座第55頁56醫(yī)學圖像處置概述專家講座第56頁

MRI57醫(yī)學圖像處置概述專家講座第57頁HumanNeckPlane: SagittalSequence: SpinEcho58醫(yī)學圖像處置概述專家講座第58頁WristImageCoil: AsymSTSSequence: SpinEchoSlice: CoronalTR/TE: /27msFOV: 8cmThk: 1.5mmMatrix: 256x256Nex: 159醫(yī)學圖像處置概述專家講座第59頁Hydrocephalus（腦水腫）MRICenter,UniversityofRochesterMedicalSchool60醫(yī)學圖像處置概述專家講座第60頁MR

AngiographyHeadS/IProjectionMRICenter,UniversityofRochesterMedicalSchool61醫(yī)學圖像處置概述專家講座第61頁MotorActivation-RightIndexFingerMovement1Hz 2Hz3Hz