医学成像原理与图像处理复习重点简化版

四大医学影像装置：超声成像,X线CT,核磁共振成像,核医学影像.传统的X射线装置的缺点：（1）影像重叠。深度方向上的信息至叠在一起，引起混淆。（2）密度分辨率低，对软组织分辨能力低。（3）所用剂量大。CT优点：1）断层成像；2）密度分辨率高，对软组织分辨能力高。（相对于X射线成像术）；3）投影剂量小（相对于X射线成像术）；4）动态范围大（相对于X光片）；5）无损检测；6）存储方便。星状伪迹：孤立点源反投影重建形成的伪迹称为星状伪迹。产生星状伪迹的原因在于：反投影重建的本质是把取自有限物体空间的射线投影均匀地回抹(反投影)到射线所及的无限空间的各点之上，包括原先像素值为零的点超声是机械波，由物体机械振动产生。具有波长、频率和传播速度等物理量。用于医学上的超声频率为2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超声需在介质中传播，在人体软组织中约为1500m/s。介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。超声在介质中以直线传播,有良好的指向性.当超声传经两种声阻抗不同相邻介质的界面时其声阻抗差大于0.1%,而界面又明显大于波长,即大界面时,则发生反射,一部分声能在界面后方的相邻介质中产生折射,超声继续传播,遇到另一个界面再产生反射,直至声能耗竭。反射回来的超声为回声。声阻抗差越大，则反射越强，如果界面比波长小，即小界面时，则发生散射。人体结构对超声而言是一个复杂的介质，各种器官与组织，包括病理组织有它特定的声阻抗和衰减特性。这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。将接收到的回声，根据回声强弱，用明暗不同的光点依次显示在影屏上，则可显出人体的断面超声图像，称这为声像图.超声经过不同正常器官或病变的内部，其内部回声可以是无回声、低回声或不同程度的强回声.换能器的原理（压电效应）：对某些非对称结晶材料进行一定方向的加压或拉伸时，其表面将会出现符号相反的电荷，这种现象称为压电效应。正压电效应（机械能转化为电能），逆压电效应（电能转化为机械能）多普勒频移公式：fd=2f0v/(Ccosθ)。f0原发射频率，v血流运动速度，C为声速，θ为声速与血流运动的夹角。1高斯为距离5安培电流的直导线1厘米处检测到的磁场强度。1T=10000GMRI的优点：1)无创伤,nonionizing,X-线波长1-0.1A,MRI,1-100m；2)无机械运动，任意截面成像；3)多个参数成像T1,T2,密度，分子扩散...磁共振现象是靠射频线圈发射无线电波（射频脉冲）激发人体内的氢质子来引发的这种射频脉冲的频率必须与氢质子进动频率相同，低能的质子获能进入高能状态。核磁驰豫：90度脉冲关闭后，组织的宏观磁化矢量逐渐又回到平衡状态，我们把这个过程称为核磁驰豫。核磁驰豫又可以分解成两个相对独立的部分：（1）横向磁化矢量逐渐减小直至消失，称为横向驰豫；（2）纵向磁化矢量逐渐恢复直至最大值（平衡状态），称为纵向驰豫（T1驰豫）。T1加权成像是指这种成像方法重点突出组织纵向驰豫差别，而尽量减少组织其他特性如横向驰豫对图像的影响；T2加权成像主要反映组织横向驰豫的差别；质子密度加权成像主要反映不同组织间质子含量差别。人体大多数病变的T1值,T2值均较相应的正常组织大，因而在T1W1上比正常组织“黑”，在T2WI上比正常组织“白”。频率编码依靠梯度磁场，带有不同频率的MR信号，通过傅里叶转换可以区分。相位编码还是依靠梯度磁场。每条相位编码线含有全层MR信息。常规K空间的填充形式（对称、循环填充）；K空间的数据点阵与图像的点阵不是一一对应的。进行脏器显像和/或功能测定时，医生根据检查目的，给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能。核医学显像方法简单、灵敏、特异、无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X摄片所受剂量）、易于重复、结果准确、可靠，并能反映脏器的功能和代谢。SPECT：SinglePhotonEmissionComputedTomography，单光子发射计算机断层成像（SPECT）中,放射性示踪剂被注入病人体内，这种放射性示踪剂对人体是安全的。根据对放射性示踪剂所发出的射线的测量，SPECT可以重建出放射性示踪剂在人体内的分布图，该图可以反映人体组织结构及其活动功能。常用能够标记放射性药物有：MIBI（心肌显象）；MDP（全身骨显象）；ECD（脑血流显象）组成：探头（旋转型γ照相机）：、机架、断层床、计算机和光学照相系统γ相机结构：相机准直器（准直器能够限制散射光子,允许特定方向γ光子和晶体发生作用）、闪烁探测器（NaI晶体）、光电倍增管(PMT)、位置电路、数据分析计算机为什么选择解析重建算法？-快速-正确为什么要扩展到扇型投影重建？-提高光子密度和空间分辨率，-在临床应用中更为常用。为什么要扩展到可变焦扇型投影重建？-提高光子密度和空间分辨率，-没有截断问题，-在临床应用中更为常用。SPECT的总体特点：1）示踪剂适应面广，特异性高，放射性小，不干扰体内环境的稳定，有独到的诊断价值。2）时域解像精度不到千分之一秒。3）放射性核的等离子放射物可能对孩子和孕妇有危险性。4）保留了γ照相机全部平面显像的性能5）分层脏器功能观察到脏器功能动态变化，化学物质在脏器内代谢分布、血管量的变化、肿瘤免疫及受体定位等。数字图像处理内容：它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理解与综合利用的一门崭新学科。数字图像处理的特点：（1）精度高；（2）再现性好。不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。（3）通用性、灵活性强。不管是可视图像还是X光图像、热红外图像、超声波图像等不可见光图像，尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是计算机处理图像的通用性。改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。视觉：人类视觉是人眼对场景可见光能量在视网膜上形成的一种刺激，通过人脑对刺激信号的处理，获取场景的描述和感知。视觉现象：同时对比度、对比灵敏度（0.02）、马赫带、亮度适应级、主观轮廓和空间错觉离开单个像素的等距离线大致成圆形。4-邻域距离(街区距离)：d4((i,j),(h,k))=|i-h|+|j-k|等距离线呈倾斜45°的正方形。对于一幅nxn的数字图像，其对角距离为2n。8-邻域距离(国际象棋盘距离)：d8((i,j),(h,k))=max{|i-h|,|j-k|}等距离线呈正方形，对于一幅nxn的数字图像,其对角距离为n。像素间的联系：连接、毗邻、通路、连通平滑处理：邻域平均法、空间域滤波拉普拉斯运算Sobel（索贝尔算子）平滑滤波器的主要用途：对大图像处理前，删去无用的细小细节；连接中断的线段和曲线；降低噪音；平滑处理，恢复过分锐化的图像；图像创意（阴影、软边、朦胧效果）锐化滤波器的主要用途：印刷中的细微层次强调。弥补扫描、挂网对图像的平滑；超声探测成象，分辨率低，边缘模糊，通过锐化来改善；图像识别中，分割前的边缘提取；锐化处理恢复过度平滑、暴光不足的图像；图像创意（只剩下边界的特殊图像）；尖端武器的目标识别、定位低通空域滤波器主要用途：钝化（平滑）图像、去除噪音1）模板系数都大于0；2）均值为1；低通空域滤波的缺点和问题：如果图像处理的目的是去除噪音，那么，低通滤波在去除噪音的同时也钝化了边和尖锐的细节高通空域滤波器主要用途：边缘增强、边缘提取1）中心系数为负值或正值，外围为正或负值；2）系数之和为0高通空域滤波的缺点和问题：高通滤波在增强了边缘的同时，丢失了图像的层次和亮度；带通滤波器主要用途：删除特定频率、增强中很少用频域高通、低通滤波器：应用频域高通或低通滤波器传递函数H(u,v)，减少F(u,v)的低频或高频分量，实现增强；同态滤波器主要用途：乘性噪声、卷积噪声的处理；将非线性问题转化成线性问题处理；（乘变成加）逆滤波的过程：1，模糊图像和点扩展函数延拓2，模糊图像和点扩展函数分别作傅立叶变换3，逆滤波—相除4，巴特沃斯低通滤波5，反傅立叶变换6，提取出有效恢复图像图象数据压缩的目的是在满足一定图象质量条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图象，以提高图象传输的效率和减少图象存储的容量，在信息论中称为信源编码。一类是无失真编码（又称信息保持编码或可逆的无误差编码），另一类是有失真编码或称限失真编码。信息量：从N个相等可能发生的事件中，选出其中一个事件所需的信息度量，称为信息量。适合等值线编码的图：黑白图对某些相同灰度级成片连续出现的图象