dsp技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像處理中的應(yīng)用

1、DSP技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像處理中的應(yīng)用The Applications of DSP Technology in Medical Imaging,紀(jì)震博士、副教授 Dr.Ji Zhen, Associate Prof. Faculty of Information Engineering, SZU2002.4.21,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,2,Digital Signal Processing（數(shù)字信號(hào)處理）里程碑：Fast F

2、ourier Transform (FFT)算法,DSP技術(shù),深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,3,DSP技術(shù)的應(yīng)用,消費(fèi)類電子產(chǎn)品通訊產(chǎn)品（移動(dòng)通信的基站、手機(jī)、視頻電話）視頻產(chǎn)品（VCD、DVD、MP3播放器）醫(yī)療設(shè)備醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,4,醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,投影X射線系統(tǒng)B超CT (Computer Tomography,計(jì)算機(jī)斷層成像)MRI (Magnetic Resonance Imaging

3、,磁共振成像)DSA （Digital Subtraction Angiography數(shù)字減影）醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,5,醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,,10,1,0.1,分辨率LP/mm,5,2,,,X線成像,0.5,,MRI,B超,0.2,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,6,投影X射線系統(tǒng),1895年倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線1896年，英國(guó)利用X射線進(jìn)行手術(shù)放射性，成像時(shí)圖象重疊,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,7,投影X射線系統(tǒng),放射

4、電流與電壓,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,8,投影X射線系統(tǒng),影像增強(qiáng)器－電視系統(tǒng)（數(shù)字X射線成象）,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,9,CT,1972年英國(guó)Hounsfield公布了計(jì)算機(jī)斷層成像的結(jié)果，79年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。數(shù)學(xué)基礎(chǔ) Radon變換（奧地利）和二維FFT,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,10,CT,,,I0,I,,L,,,,,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,11,CT,,1000,0,-1000,CT,700,400,,,骨80

5、0,,鈣化組織600,-400,,血塊40-60軟組織35血液12脂肪0-100,空氣-1000,-700,水0,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,12,CT,第四代CT,第四代CT,第三代CT,第二代CT,第一代CT,掃描時(shí)間,125~150s,5~20s,2.5~10s,1~5s,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,13,MRI,1973年美國(guó)Lauterbur研究二維核磁共振成像，80年出現(xiàn)了產(chǎn)品。對(duì)人體無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射，可以功能成像。不用注

6、射造影劑就可以顯示血管影像。,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,14,MRI,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,15,B超,對(duì)人體無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射，適用心臟或者腹部成像。分為A、B、M、C型80年代末出現(xiàn)了彩色血流B超(Color Flow Mapping),利用了多普勒效應(yīng)。,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,16,B超,B型超聲,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,17,DSA,介入治療 Interventional Treatment數(shù)字減影

7、Digital Subtraction Angiography,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,18,DSA,DSA是在80年代發(fā)展起來(lái)的一種醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)。在1923年首次有人在人體上作了血管造影檢查，30年代則有了心臟的X線造影和經(jīng)腰部穿刺動(dòng)脈造影。傳統(tǒng)的血管造影術(shù)有一個(gè)問(wèn)題難以解決：要檢查某部位時(shí)，特別是身體較厚、骨骼結(jié)構(gòu)較多、較復(fù)雜的部位（如頭頸部、胸部等處），往往由于肌肉、骨骼、內(nèi)臟互相重疊，以至使得要檢查的血管影像模糊不清，影響

8、了診斷的準(zhǔn)確性。醫(yī)學(xué)專家為了尋找一種操作簡(jiǎn)單、對(duì)病人安全、影像顯示清楚的血管造影方法。早在30年代，就有人提出底片減影法，它是利用正負(fù)底片相疊的方法 來(lái)消除背景。,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,19,DSA,數(shù)字減影血管造影術(shù)，是把計(jì)算機(jī)數(shù)字化能力與常規(guī)X線成象和透視裝置結(jié)合起來(lái)的一種血管造影檢查新方法。這種檢查方法的程序是：在血管造影之前，先拍攝一張檢查部位的X光片，稱為掩模像，又稱為蒙片（Mask Image）。然后經(jīng)動(dòng)脈或靜脈注射造影

9、劑，再拍一張同一部位血管造影的X光片，這稱為造影像，又稱為盈片（Live Image）。這兩張像通過(guò)X線影像增強(qiáng)系統(tǒng)，把所形成的圖象視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，存入相應(yīng)的盈片和蒙片存儲(chǔ)器里，經(jīng)過(guò)減法器進(jìn)行圖象相減，就能夠得到一幅清晰的、造影劑標(biāo)識(shí)出來(lái)的血管圖象。這個(gè)血管圖象經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)變換、增強(qiáng)和數(shù)模轉(zhuǎn)換等一系列復(fù)雜過(guò)程，能夠顯示在圖象監(jiān)視器上。同時(shí)也能夠保存下來(lái)，這樣，非常便于治療前后進(jìn)行對(duì)比。數(shù)字減影血管造影術(shù)一出現(xiàn)，就以它的許多優(yōu)點(diǎn)占據(jù)

10、了優(yōu)勢(shì)。這種方法簡(jiǎn)單、快速、安全，病人痛苦小，更重要的是排除了與血管無(wú)關(guān)的重疊影像，使得保留下來(lái)的血管影像非常清楚，診斷的準(zhǔn)確性大大提高。,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,20,DSA,蒙片,盈片,減影圖象,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,21,DSA,,蒙片,盈片1,減影圖象1,盈片2,減影圖象2,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,22,DSA,蒙片,盈片1,減影圖象1,盈片2,減影圖象2,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,23,數(shù)字圖象遞歸濾波器,利用視頻圖像

11、相鄰幀的高相關(guān)性，圖象信號(hào)中噪聲的隨機(jī)性，對(duì)圖象信號(hào)作幀周期上的平均處理，即遞歸濾波?？梢詼p少噪聲功率能量，而對(duì)圖像本身的信息卻幾乎沒(méi)有任何影響，從而改善信噪比。,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,24,數(shù)字圖象遞歸濾波器,視頻圖像是以快速的幀周期重復(fù)，在一秒鐘之內(nèi)，要在現(xiàn)24幅圖像，才不會(huì)給人視覺(jué)上的閃爍感覺(jué)，這樣視頻圖像的幀相關(guān)系數(shù)將高達(dá)80%，即相鄰的圖像信息有80%以上是相同的，而圖像信號(hào)中的噪聲卻具有隨機(jī)特性，因此若對(duì)圖像信號(hào)作幀周期

12、上的平均處理，則可以減少噪聲的功率能量，而對(duì)圖象本身的信號(hào)信息幾乎沒(méi)有任何影響，這樣便可改善信噪比?？上攵瑢?duì)靜止圖象或變化緩慢的圖像而言，參加平均處理的幀圖像越多，信噪比就越好。所以常采用多幀延時(shí)的非遞歸濾波器對(duì)圖象進(jìn)行平均處理，,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,25,數(shù)字圖象遞歸濾波器,,遞歸濾波器系統(tǒng)方框圖,,,,,,,,延時(shí)單元,＋,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,26,數(shù)字圖象遞歸濾波器,深圳大學(xué)信息工程學(xué)院紀(jì)震,27,Thank yo