dsp技術在醫(yī)學影像處理中的應用

1、DSP技術在醫(yī)學影像處理中的應用The Applications of DSP Technology in Medical Imaging,紀震博士、副教授 Dr.Ji Zhen, Associate Prof. Faculty of Information Engineering, SZU2002.4.21,深圳大學信息工程學院紀震,2,Digital Signal Processing（數(shù)字信號處理）里程碑：Fast F

2、ourier Transform (FFT)算法,DSP技術,深圳大學信息工程學院紀震,3,DSP技術的應用,消費類電子產(chǎn)品通訊產(chǎn)品（移動通信的基站、手機、視頻電話）視頻產(chǎn)品（VCD、DVD、MP3播放器）醫(yī)療設備醫(yī)學影像設備,深圳大學信息工程學院紀震,4,醫(yī)學影像設備,投影X射線系統(tǒng)B超CT (Computer Tomography,計算機斷層成像)MRI (Magnetic Resonance Imaging

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

4、電流與電壓,深圳大學信息工程學院紀震,8,投影X射線系統(tǒng),影像增強器－電視系統(tǒng)（數(shù)字X射線成象）,深圳大學信息工程學院紀震,9,CT,1972年英國Hounsfield公布了計算機斷層成像的結果，79年獲得諾貝爾獎。數(shù)學基礎 Radon變換（奧地利）和二維FFT,深圳大學信息工程學院紀震,10,CT,,,I0,I,,L,,,,,深圳大學信息工程學院紀震,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,深圳大學信息工程學院紀震,12,CT,第四代CT,第四代CT,第三代CT,第二代CT,第一代CT,掃描時間,125~150s,5~20s,2.5~10s,1~5s,深圳大學信息工程學院紀震,13,MRI,1973年美國Lauterbur研究二維核磁共振成像，80年出現(xiàn)了產(chǎn)品。對人體無創(chuàng)、無輻射，可以功能成像。不用注

6、射造影劑就可以顯示血管影像。,深圳大學信息工程學院紀震,14,MRI,深圳大學信息工程學院紀震,15,B超,對人體無創(chuàng)、無輻射，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。,深圳大學信息工程學院紀震,16,B超,B型超聲,深圳大學信息工程學院紀震,17,DSA,介入治療 Interventional Treatment數(shù)字減影

7、Digital Subtraction Angiography,深圳大學信息工程學院紀震,18,DSA,DSA是在80年代發(fā)展起來的一種醫(yī)學影像新技術。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)腰部穿刺動脈造影。傳統(tǒng)的血管造影術有一個問題難以解決：要檢查某部位時，特別是身體較厚、骨骼結構較多、較復雜的部位（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、了診斷的準確性。醫(yī)學專家為了尋找一種操作簡單、對病人安全、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，它是利用正負底片相疊的方法 來消除背景。,深圳大學信息工程學院紀震,19,DSA,數(shù)字減影血管造影術，是把計算機數(shù)字化能力與常規(guī)X線成象和透視裝置結合起來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X線影像增強系統(tǒng)，把所形成的圖象視頻信號轉化為數(shù)字信號，存入相應的盈片和蒙片存儲器里，經(jīng)過減法器進行圖象相減，就能夠得到一幅清晰的、造影劑標識出來的血管圖象。這個血管圖象經(jīng)過對數(shù)變換、增強和數(shù)模轉換等一系列復雜過程，能夠顯示在圖象監(jiān)視器上。同時也能夠保存下來，這樣，非常便于治療前后進行對比。數(shù)字減影血管造影術一出現(xiàn)，就以它的許多優(yōu)點占據(jù)

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

11、相鄰幀的高相關性，圖象信號中噪聲的隨機性，對圖象信號作幀周期上的平均處理，即遞歸濾波。可以減少噪聲功率能量，而對圖像本身的信息卻幾乎沒有任何影響，從而改善信噪比。,深圳大學信息工程學院紀震,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，在一秒鐘之內(nèi)，要在現(xiàn)24幅圖像，才不會給人視覺上的閃爍感覺，這樣視頻圖像的幀相關系數(shù)將高達80%，即相鄰的圖像信息有80%以上是相同的，而圖像信號中的噪聲卻具有隨機特性，因此若對圖像信號作幀周期

12、上的平均處理，則可以減少噪聲的功率能量，而對圖象本身的信號信息幾乎沒有任何影響，這樣便可改善信噪比?？上攵?，對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的非遞歸濾波器對圖象進行平均處理，,深圳大學信息工程學院紀震,25,數(shù)字圖象遞歸濾波器,,遞歸濾波器系統(tǒng)方框圖,,,,,,,,延時單元,＋,深圳大學信息工程學院紀震,26,數(shù)字圖象遞歸濾波器,深圳大學信息工程學院紀震,27,Thank yo