计算机图像处理技术在医学影像中的进展与应用

(4页)

本资源提供全文预览，点击全文预览即可全文预览,如果喜欢文档就下载吧，查找使用更方便哦！

4.9 积分

生物医学工程学杂志 J . Biou led 、 E.g ‘ 1993‘10(3) , 3‘0一3 ‘3 · 综述 · 计算机图像处理技术在医学影像中的 进展与应用 - 李 兵徐有福乐昵 (第二军医 大学第一 附属医院信息科 , 上 海20 0 4 33 ) 摘 要8 0年代末至9 0年代初 , 最新计算机图像处理技术与生物医学工程技术的发展为 医学成像提供了有力的工具 , 人体组织的三维显现不再以二维 投影或横断面序列实现 , 三维图像 的真实再现终于成为可能 。 本文介绍了国外当前影像技术的最新发展 , 着重于三维图像的显示 、定 位 、 分割及多种技术组合成像 , 并附上 了相当数量 的图片 , 展示其在不同医疗领域的应用 。 美键 词三维影像 图像处理 计算技术 1 引言 人体解 剖结构的真实再现长久以来一 直 困扰着各国的科学家们 。 由于早期的医学影 像技术今天仍在使用 , 致使许多问题的解决 仍 然停滞不 前 , 如 人体的三维显现仅能以二 维 投影或横断面序列实现 。 Bo年代末至 9 0 年代初 , 最新计算机图 像处理技术与生物医学工程技术的发展 , 为 医学成像提供了有力的工具 , 也使人体组织 三维显示成为可 能 。 2 进展 2 . 1 三维图像的显示 、 定位与分割 从 CT 、 磁共振显像(MRI )及 正电子计 算机 断层显像(PE T )中可以得到大量 的医学 诊断图像 , 它们是三维 实体的二维横断面 。 一 般来说 , 医师根据 一 系列的 二维图 像 , 通过 “ 大脑 重建 ” 来得 到所观察器 官 的三维印象 , 其不足是显而 易见的 。 要实现 对三维物体的真实再 现与操作 , 必须 突破传统的计算机图形法 , 开发与建立 新型的数据结构及算法 。 国外最近报道已经 建立 了 “gene r a liz ed vox e l一z n o d ez”方式数据 结构与 “gray le v e lg r adients h adin g ” 算法程 序 , 可通过操纵 计算机键盘及鼠 际器来选择 屏幕菜单 , 实现优化的 三维实体显 示 。 图 1 是 这种算法应用前后的比较 。 与二维影像不同 , 三维影像必须考虑 实 体中哪一个部位应被成像 , 因此需要建立自 动 定位与分割的计算抓程序 。 目前 国外研 究 并采用了Ma r r一H ild re t h算法与三维形态滤 波法 , 在对MR I图像应用中取得了良好的效 果 , 但未能做到完全自动分割 , 有时仍需人 工 干预 。 图2是这种定位分割算法 的一个应 用 实例 。 2 . 2 多种技术组合成像 产生于一 种成像法(如 CT)的 三维图 像 , 含有 的信息量往往不够充分 。 而将带有骨 骼信息的C T与带有组 织信息的MRI结合 起来成像 , 则可 明显改善效果 , 得到足够的信 息 , 如 图 3 所示 。 由于 不同的成像 技术提供 了人体解剖结构与机 能分析的互补 , 因而将 不 同 的成 像法 予以结合 , 可在一幅 图像 中观 察到互补的优点 。 MR I与PE T 的成像结合 , 既提供了良好的形 态信息 , 又提供 了重 要的 机能信息 。 目前 , 一种结合各种成像法的计算 机软件包正在研制中 , 不久即可面世 。 3 应用 第4期 李兵等 。 计算机图像处理技术在 医学影像中的进展与应用 3 . 1 放射诊断学 、\ 」韶尸 新型的 图像表示技术可以改变常规的放 射诊断过程 。 医师不必再 “解码”序列 的图像 , 就能观察到三维解剖实体 。 图 4 是一幅MRI 图像经过表面与横断面技术处理产生的血管 探测 图 , 从中可见血管清晰地显示 于 周 围的 三维组织中 。 心跳的 显示是医学影像处理技术中最大 的挑战之一 , 常规所采 用的方法是 电离放射 与介质对 照 。通 过 MR I 成像 , 结合三维技术 , 可以安全 地获取有效数据 。 图 5 以此法 展示 了一位志愿者的 心脏分割 。 图 6 是对 一个心 跳周期半透 明的观察 。 3 . 2 头部外科手术 三维图像显示 的一个重要临床应用领域 是 头部外科 。 医师可通 过对三维图像的观察 , 掌握患者骨结构关系 , 从而制定手术方案 。 此 外 , 最新研究结果也实 现了模拟手术过程 , 但 由于计算时间较长 , 计算费用较高 , 目前尚未 全面展开 。 图 7 是屏幕兰维模拟矫正 一个畸 形领骨的过程 。 3 . 3 创伤外科 与头部外科的情况类似 , 由于创伤情况 紧急 , 计划时间短 , 因而三维图像显示的质量 可能要差些 。 一种弥补的方法是将一些常见 类型的骨折尹如骨 盆 、 膝部及脚部骨折等事先 进行三维图像处理 , 建立 一套措施指南 , 需要 时可迅速调 出使用 。 图 8 是一例复杂骨 盆骨 折的术前显示 。 图 g 是一个复杂的畸形 矫正 术后的结果 , 通过三维显示 , 可以对手术效果 进行评价 。 3 . 4 解剖学组织 与宏观结构 不 同 , 三维物体的显微结构 有时难以观察与认识 。 如许多人体细胞的三 维组 织结构相当复杂 , 无法从 显微切片上搞 清其结构 。 而 采用对物体显微结构C T片三 维重建的方法 , 则可取得比较满意的结果 。 图 1 0是显示微观物体的不同方法 。 图下部示一 个 微观结 构 的堆栈 ; 图左上部示用不 同色 彩 表 示细管中精子的 产生阶段 , 图右上部为细 管外部重建 。 3 . 5 数字成像术 机能图像对于不同医学领域动态过程分 析是极为有益的 。 由血管数字成像产生的机 能性图像对冠 心病及先天性心脏病的诊断具 有 重 要 意义 。 图n是 对 心脏血液 灌注的分 析 。 图 1 2是对 精细胞 活动的观察 , 不 同的色 彩表示精子或对照介质到达的时间 。 通过对 精子运动速 度 及轨迹进行分析 , 对诊断和 治 疗不育症有很大帮助 。 3 . 6 其它 除了临床应 用 , 三维影像还可广泛 适用 于其它学科领 域 , 如人类学等 。 人类学 家运用 三 维 影像对古尸进行研究 , 可以了解早期的 疾病及当时的外科手术水平 。 4 小结 大量的医学影像信息是建立在数字 基础 之 上 , 如 cT 、 D SA 。 这种趋势仍将进 一步发 展 。 正在发展的数字电子技术着重完善医学 图像 的 随机存取 、 传递 、 再现以及处理 、 操作 的简便性 。 从计算机 技术角度来看 , 必须实现 更复杂的软 、 硬件及图像工作站 , 尤其软件设 计必须 在结构上 突破普通关系数据库的束 缚 , 允许处理图像 , 并通过图像与系统交流 , 参 考 文 献 1 H ohne KH . Sh ad ing 3D 又m age s fr omCT using G ray l eve lg radients . IE FE T rans M ed Im aging 1986;(5) 2 物m a n sM . 3D一 3eg m e爪ati onan dd协pl ay fo rtomo- graphi c im age ry . Pr o e . g th I m t . Co nf . o n P att crn R e eognition , 198 8 3 Ilohn e KH . 3D一vis u al i zation oftomographie丫olum e d atausin g thegen er alized v o x elm ‘〕de l . Vis t刃 a lCom p ut- e r198 9;(5) 4Bom ans M . 3 D一 s eg m c ntationofM R l ofthe he a dfo r 3D一display . I EEE T ra 郎 M ed Im agi吃 199 0 干(3) 5 B o ec kerF R . Comb i伙d uo eo{ d iffe r e nt a lg orithms f o r inter a et主 代 su rg iealplan苗n g . Pr oe Comp ute r A 3s isted R ad iology 198 5 . (1993 年 2 月23日收稿) 关 键 词： 计算机 图像 处理 技术 医学影像 中的 进展 应用

 天天文库所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。