医学影像处理概述与发展历史

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1、1医学影像处理概述与发展历史医学影像处理概述与发展历史医学影像实例 （分类）各种医学影像成像原理简介各种医学影像的主要用途北大深圳医院日常诊疗中的应用2Examples of Medical Images医学影像实例医学影像实例3问 题 QuestionsWhat does the image show?What good is it?How is it made?图像显示的是什么?什么是好图像?如何成像?4手的 X光图像5X-ray Image of Hand6What is it?SARS的胸片表现7X光成像: 如何工作X-ray Imaging: How it works.一个物体的X光

2、投影 图像投影的强弱取决于物体成分和厚度。8910111213小结: X光成像Summary: X-ray Imaging最老的非侵入性的内在结构成像;迅速的, 短曝光时间,廉价的;不能辨别头、腹部的软组织;实时的 X光成像能用于介入性的手术;电离辐射:长期大量接触有致癌的危险。 Oldest non-invasive imaging of internal structuresRapid, short exposure time, inexpensiveUnable to distinguish between soft tissues in head, abdomenReal time X

3、-ray imaging is possible and used during interventional procedures.Ionizing radiation: risk of cancer.14CT (Computed Tomography) 计算机断层摄影术计算机断层摄影术肝脏和胃的横断平面 CT 图像CT 扫描投射成像151617CT 如何工作如何工作Computer Tomography:How It Works18Fan-Beam Computer Tomography19扫描、数据采集20体模 Phantom (128x128)SinogramtfP(t)f21反投影重

4、建图像Reconstruction from projectionsFrom 8 to 256 projections22反投影成像23CT检查及其图像24X线CT 小结Summary of X-Ray CTCT 能显示很小的密度差,例如:脑的灰质、白质. CT 能发现和诊断X光片不能看到的疾病.比X光拍片贵得多,空间分别率低.电离辐射.横断面图像辨别有些困难25磁共振功能成像磁共振功能成像Functional Magnetic Resonance ImagingPlane 3Plane 626显示的是什么显示的是什么？What Is It?16层脑部横断面实验图象中的两层.是解剖的扫描图像

5、(灰色) 和功能扫描(彩色的)的合成图像。 Plane 3 显示视觉皮层功能活动区(底部) Plane 6显示语言功能活动区(图像右边).27有什么用处?这种成像是脑功能研究的一部分.脑功能成像最先应用于脑外科手术,用来确定运动区、语言区结构,将癫痫病灶切除.28磁共振成像信号来源磁共振成像信号来源MRI Signal Source原子核的自旋和磁矩原子核的自旋和磁矩H 只含有一个质子质子帶有电荷 ,并且不断旋转电流 I 与环形电流形成的面积S的乘积，称为环形电流的磁矩，用 表示：磁矩磁矩 =IS29磁共振成像信号来源磁共振成像信号来源MRI Signal Source人人体体磁磁场场的的状况

6、状况氢原子核不规则排列质子的磁力互相抵消，不显示磁性保持体內磁场平衡30磁共振成像信号来源磁共振成像信号来源MRI Signal Source外加磁场的影外加磁场的影响响氢原子核整齐排列人体产生磁场31=B0磁共振成像信号来源磁共振成像信号来源MRI Signal Source拉莫拉莫 ( Larmor ) 频率：频率：For hydrogen, the Larmour frequency is 42.6 MHz per Tesla.32磁共振成像信号来源磁共振成像信号来源MRI Signal Source加入另一加入另一个个磁场磁场 (射频脉射频脉冲冲)靜止磁场的自旋运动无法在外測出來必須加

7、一磁场使之运动改变此一磁场必須能控制其开关的时间射频 (无线电电波)为自旋运动 的橫向磁场33磁共振成像的信号检测Detected Signal in MRI线圈 Coils3435MRIMRI36磁共振成像的特点Features of MRI没有电离辐射期望没有任何的远期或近期的有害效应多对比机制: 组织之间的对比决定于脉冲序列也能产生投影图像。与X光成像相比成像速度慢,价格贵.No ionizing radiation expected to not have any long-term or short-term harmful effectsMany contrast mechanis

8、ms: contrast between tissues is determined by pulse sequencesCan produce sectional as well as projection images.Slower and more expensive than X-ray3738解剖结构比较解剖结构比较Anatomy ComparisonCTT1 MRIT2 MRI3940MR 小结Magnetic Resonance Summary没有电离辐射 (安全)任意断面成像多种成像方式 (T1，T2,水，流体,神经的活动)成像速度慢价格贵No ionizing radiati

9、on (safe)Tomography at arbitrary angleMany imaging modes (water, T1, T2, flow, neural activity)SlowExpensive41CT、MRI成像特点比较CT：物质的密度结构成像。MRI：物质的化学成分结构成像；生物功能成像。42超声成像Ultrasound Imaging怀孕10周的双胞胎Twin pregnancy during week 104344超声扫描Ultrasound Scanner4546用途和特点Variety of Applications便携便携Portable价格低价格低Low-

10、Cost安全安全Safe实时实时Real-TimeCardiacObstetricsVascularKidneyLiver472D 3D 4D3D imaging in real-time48核医学成像ECT49核医学成像nuclear medical Imaging1、利用衰变时放射单一射线的放射性核素作为标记的单光子发射断层扫描(SPECT)； Single Photon Emission Computed Tomography.2、利用衰变时放出电子的放射性核素作为标记的正电子发射断层扫描 (PET)。 Positron Emission Tomography50成像步骤51Ring o

11、f PhotonDetectorsDetect Pairs of Back-to-Back 511 keV Photons52ECT通过图像重建显示注入人体内的放射性核素的分布，我们获得的不仅是人体内脏器官的轮廓和形态，而且是脏器功能和血液流量的变化，以及代谢物质在体内或细胞内吸收、分布、排泄、转移等多方面的信息。53毒品海洛因和摇头丸的研究毒品海洛因和摇头丸的研究北京大学深圳医院日常诊疗中的应用54PET Images of Cancer转移瘤转移瘤 绿箭头所示绿箭头所示BrainHeartBladder器官的正常器官的正常摄取摄取蓝箭头所示蓝箭头所示治疗后的肿瘤治疗后的肿瘤在边缘复发在边缘

12、复发55CT与PET比较56PET / CT 同机融合同机融合57衰减校正衰减校正衰减校正衰减校正HawkEyeHawkEyeHawkEyeHawkEye的功能解剖融合图像的功能解剖融合图像的功能解剖融合图像的功能解剖融合图像( ( (Functional Anatomic MappingFunctional Anatomic MappingFunctional Anatomic Mapping，FAM)FAM)FAM)CTSPECT/PET同机同机同机同机图像融合图像融合图像融合图像融合58First Installation in Zurich March 20015960PET/CT的特

13、点CT与PET硬件、软件同机融合解剖图像与功能图像同机融合同一幅图象既有精细的解剖结构又有丰富生理、生化分子功能信息可用于肿瘤诊断、治疗及预后随诊全过程高灵敏度、高特异性、高准确性61 医学影像设备分类医学影像设备分类X X线机线机MRICTDSA红外线成像内窥镜内窥镜USUSECT荧光显微荧光显微62ECTECT: :X X线线片片CTCT片片MRIMRI63CTCT、ECTECT、DSADSA联用联用发病后发病后1.51.5小时小时发病后发病后2020小时小时溶拴治疗后溶拴治疗后早期诊断脑梗塞，早期溶拴治疗早期诊断脑梗塞，早期溶拴治疗治疗前治疗前治疗后治疗后北京大学深圳医院日常诊疗中的应用

14、64CT 灌注成像Perfusion北京大学深圳医院日常诊疗中的应用65早期股骨头早期股骨头缺血性坏死缺血性坏死影像综合诊断影像综合诊断北京大学深圳医院日常诊疗中的应用66CT三维成像三维成像北京大学深圳医院日常诊疗中的应用67CT 三维成像3D Rendering68北京大学深圳医院日常诊疗中的应用69北京大学深圳医院日常诊疗中的应用7071BronchoscopyPathView72ColonoscopyPathView73光学内窥镜与CT仿真内窥镜比较Comparison 息肉 光学内窥镜所见 CT仿真内窥镜所见 Left: A polyp seen with optical endos

15、copy. Right: View in virtual endoscopy.74MRI 心血管成像北京大学深圳医院日常诊疗中的应用75MR功能成像（功能成像（fMRI）北京大学深圳医院日常诊疗中的应用76MRMR弥散成像弥散成像早期脑梗塞早期脑梗塞MR诊断诊断北京大学深圳医院日常诊疗中的应用77欢迎指教，谢谢！欢迎指教，谢谢！7879Conventional Surgery: See the surface80Image Guided Surgery: See under the surface81Visualizing the surgical site82Surgical navigation83颈动脉 Carotids84骨骼 Skeletal85胸部 Thoracic86心血管 Cardiac CTA4 slice versus a 16 slice CTHeart rate 115bpm ?8789CTA Run-off52 Seconds914 slices1.9 Tbytes90PET/CT的发展历史的发展历史1953年 正电子探测脑肿瘤1963年 发射断层1973年 Hounsfield发明CT1976年 PET用于临床1991年 螺旋CT问世1995年 Townsend研制PET/CT2000年 PET/CT在北美放射学会问世2001年 PET/CT用于临床