医学信号处理的原理和方法医学信号处理的原理和方法

曹 银 祥曹 银 祥

Dept. of Physiology & PathophysiologyDept. of Physiology & Pathophysiology

Shanghai Medical CollegeShanghai Medical College

Fudan UniversityFudan University

第十三讲第十三讲 医学图像处理基础 医学图像处理基础

（一）概论（一）概论（二）图像处理（二）图像处理（三）图像分析（三）图像分析

（一）（一）概论概论

生物医学成像及图像处理在生命科学研究、医学诊生物医学成像及图像处理在生命科学研究、医学诊断、临床治疗等方面起着重要的作用，断、临床治疗等方面起着重要的作用， XX 射线、射线、 CCTT 、、 MRIMRI 的发现或发明者获得诺贝尔奖，就是其重的发现或发明者获得诺贝尔奖，就是其重要价值的印证。要价值的印证。

医学成像及图像处理设备占医院投资中的比例越来医学成像及图像处理设备占医院投资中的比例越来越高。仅越高。仅 GEGE 公司下属的北京航卫公司下属的北京航卫 20032003 年生产的中年生产的中低档低档 CTCT ，销售额就达，销售额就达 3030 亿元。亿元。

发达国家高度重视。以美国为例，它是发达国家高度重视。以美国为例，它是 NSFNSF ，， NIHNIH的重要资助领域，近年美国还成立了的重要资助领域，近年美国还成立了 NIBIBNIBIB 机构专机构专门资助医学成像和生物医学工程领域的研究。门资助医学成像和生物医学工程领域的研究。

伦琴因发现伦琴因发现 XX 射线获射线获得得首届诺贝尔物理学奖。 首届诺贝尔物理学奖。

HounsfieldHounsfield 和和 CormackCormack 因发明因发明 CTCT 获获得得 19791979 年诺贝尔医学和生理学奖。 年诺贝尔医学和生理学奖。

BlochBloch 和和 PurcellPurcell 因发现因发现 NMRNMR 现象现象获得获得 19521952 年诺贝尔物理学奖。 年诺贝尔物理学奖。

发明发明 MRIMRI 中中 FourierFourier 重建方法的重建方法的 ErErnstnst 获得获得 19911991 年诺贝尔化学奖。 年诺贝尔化学奖。

LauterburLauterbur 和和 MansfieldMansfield 因发明因发明 MRIMRI方法获得方法获得 20032003 年诺贝尔医学和生理年诺贝尔医学和生理学奖。 学奖。

X-RayX-Ray

MRIMRI

PETPET （核医学影像）（核医学影像）

超声图象超声图象

Photo courtesy Philips Research

Ultrasound examination during pregnancyUltrasound examination during pregnancy

DSADSA数字减影血管造影数字减影血管造影

(Digital Subtraction Angiography)(Digital Subtraction Angiography)

红外图象红外图象

红外图象红外图象

医学图象医学图象

图象记录介质图象记录介质

胶片、缩微胶片胶片、缩微胶片纸、照片纸、照片幻灯片幻灯片录象带录象带磁盘磁盘光盘光盘电影电影

图象文件格式图象文件格式

Bit-mapped formatBit-mapped format *.BMP*.BMPTagged image file formatTagged image file format *.TIF*.TIFEncapsulated PostScriptEncapsulated PostScript *.EPS*.EPSGraphical interchange format Graphical interchange format *.GIF*.GIFJoint Photographics Experts Group Joint Photographics Experts Group *.JPG*.JPGMotion Picture Experts Group Motion Picture Experts Group *.MPG*.MPGDicam3Dicam3

视频格式视频格式

NTSC (National Television Systems Committee)NTSC (National Television Systems Committee)北美、日本北美、日本

PAL (Phase Alternation Line)PAL (Phase Alternation Line)欧洲、中国欧洲、中国

SECAM (Systeme Electronique Color Avec MemSECAM (Systeme Electronique Color Avec Memoire)oire)

法国法国

计算机显示设备与位图对应关系

彩色模型彩色模型RGBRGB 模型模型HISHIS 模型模型 H: hue H: hue 色相色相 S: saturation S: saturation 饱和度饱和度 I: intensity I: intensity 强度，明度强度，明度

CYMCYM 模型 模型 cyan, yellow, magentacyan, yellow, magentaCYMKCYMK 模型 模型 CYM+blackCYM+black

RGB彩色模型

CYMCYM 彩色模型彩色模型

计算机颜色显示方式

11 。黑白两色。黑白两色22 。。 1616 色色33 。。 256256 色色44 。增强色（。增强色（ 1616 位）位）55 。真彩色（。真彩色（ 3232 位）位） 表示的颜色数 表示的颜色数 = 256 X 256 X 256 = 16777216= 256 X 256 X 256 = 16777216

黑白两色显示图像 Dithering 抖动

图像显示模式比较

RGB（ 8位） 16种索引色 灰度

（二）图像调节

（ 1）增强对比度 灰度变换法 灰度变换法 线性变换线性变换 对数变换对数变换 指数变换指数变换 直方图调整法 直方图调整法 直方图均衡化直方图均衡化 直方图匹配直方图匹配

（ 2 ）图像平滑

图象在传输过程中，由于传输信道、采样图象在传输过程中，由于传输信道、采样系统质量较差，或受各种干扰的影响，而系统质量较差，或受各种干扰的影响，而造成图象毛糙，此时，就需对图象进行平造成图象毛糙，此时，就需对图象进行平滑处理。滑处理。

图像平滑方法图像平滑方法低通滤波 低通滤波 局部平均局部平均中值滤波中值滤波多帧平均多帧平均

（ 3 ）图像分割

（三）图像测量和分析

11 。直线和曲线长度。直线和曲线长度 22 。周长。周长 33 。面积。面积 44 。角度。角度 55 。计数。计数 66 。图像合成。图像合成 77 。动态测量。动态测量