医学图象处理及发展研讨.ppt

医学影像处理的特点及其发展趋势 陈 国 华 主要内容 医学影像处理的主要领域 几个重要的科研课题 其它相关的应用领域 医学影像处理的主要领域 1、影像数据组织 2、影像数据分割 3、多模影像数据的配准 4、影像数据的绘制 1、影像数据组织（PACS） （1）数据来源：CT，MRI，X线机，B超等 （2）数据存储与交换： ARC-NEMA标准1.0（1985年） ARC-NEMA标准2.0（1988年） DICOM3.0标准（1995年） 参考文献： 1、田捷：《医学影像处理与分析》电子工业出版社 2、/medical/dicom 三维规则体数据组织 DICOM文件的数据组织 2、影像数据分割 在三维高性能生物医学成像过程中，人们面临两个困难而有十分重要的挑战。 （1）自动和精确地分割出感兴趣的结构和特性 （2）自动和精确地把多模态信息配准和融合。 这两者是相互依存和相互关联的，他们就象是成像科学中的微积分。分割是微分，融合是积分。一个解必将导致另一个解。 传统三维医学图象分割流程 分割与重建的例子 3、多模影像数据的配准 图像配准（image registration)是寻求一种空间变换，使该图像与另一幅图像中的对应点达到空间上的一致 是图像融合及其他技术的必备技术和瓶颈技术。 目前的配准算法的速度，特别是全自动的高精度的配准，所需时间还比较长，这也是制约配准技术普及的一个致命因素。 图像配准要素 空间变换(space transformation) 相似度函数(similarity function) 优化策略(optimization method) 图像配准的典型应用 放射治疗后扫描的MRI图象中，坏死组织往往表现为亮区，很容易与癌症复发混淆。 与配准的PET或SPECT图象一起使用，可以区分坏死组织（没有代谢）与癌症复发（通常表现为高代谢）。 运用图像配准进行诊断和治疗 4、影像数据的绘制 面绘制（Isosurface Extraction） (1).Marching Cubes (2).Marching Tetrahedra 体绘制 (1).Ray Casting (2).Shear Warp (3).基于硬件的体绘制 体素模型 等值面（Iso-Surface）定义 1.三线性插值结果(显式等值面提取) 2.等值面定义(隐式等值面提取) 移动立方体（Marching Cubes）算法 MC抽取等值面算法的基本原理 体素中等值面剖分方式的确定 1）如立方体顶点的数据值≥等值面的值，则定义该顶点位于等值面之外，记为“0”； 2）如立方体顶点的数据值＜等值面的值，则定义该顶点位于等值之内，记为“1”。 8个顶点，每个顶点共有2个状态，因此共256种组合状态 根据互补对称性, 256 减为128种 根据旋转对称性, 256 减为15种 移动四面体（Marching Tetrahedra）算法抽取等值面 MT算法的基本原理 MT算法的重建结果 直接体绘制 Ray Casting: 经典的绘制算法，从投影平面的每一像素点发射一条光线，穿过三维体数据场，并计算光的传输方程，得到最后的图象。 Shear Warp: 首先将三维体数据集进行错切，使其与图象平面平行，然后再进行投影计算。最后再通过一个二维图象变形，得到最终的结果。 几个重要的科研课题-分割方面 1、蛇模型 2、测地活动轮廓模型 3、水平集方法 4、图割算法 5、网络流 6、积分几何 7、几何割算法 8、Munford-Shah模型 9、凸分析 10、数码Morse理论 变分法的基本概念 力学基本变分原理 传统的边界检测方法 蛇模型 基本的蛇模型是一个在图象力量和外部限制力量影响下的受控能量极小化连续样条，内部样条力量用于施加分段光滑性限制。外部力量将蛇推向显著的特征如：边界和主观轮廓 。 蛇模型中的各项能量表示 蛇模型的微分方程 动态变形模型 曲线的Lagrangian运动方程 测地活动轮廓模型 测地活动轮廓的内蕴表示 Maupertius原理 Fermats 原理 用水平集方法求解 用图割方法求解 网络流 Cauchy-Crofton公式 几何割 关于凸分析 Munford-Shah模型 Morse Theory Let f a C^2-differenziable function defined on plane ?^2