医学图像重建篇1

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)07-1592-03

A Method of Medical Image 3D Reconstruction Using VTK

HU Heng-wu1, ZHANG Jun-lan1, LI Min2

(1.School of Information Engineering, Guangdong Medical College , Dongguan 523808, China; 2.Center of Network and Information, University of South China , Hengyang 421000, China)

Abstract: With the advanced technology in recent years, the increasing demand for an effective medical imaging system, especially the three-dimensional medical image reconstruction, has addressed its significance in diagnosis. None of the existing software show efficiency in terms of cost and computational performance. Owing to this fact, a method of 3D reconstruction using VTK has been discussed in this paper, which has been achieved through a series of processes including DICOM source data, gray interpolations, ray casting and volume rendering. The method shows its future utilities in CT, MRI and Ultrasound image volume rendering, and provides a more informative view in order to assist the medical worker.

Key words: 3D reconstruction ; VTK; volume rendering

随着当前健康医疗技术的快速发展，对诊断的要求也越来越高。特别是用于医疗的CT、MRI及其他大型设备[1~3]，以它们生成的图像进行处理为基础的诊断技术的快速发展，从X光成像的传统二维图像到三维图像处理技术。由美国放射学会(American College of Radiology, ACR)和美国电子制造商协会(National Electrical Manufactures Association, NEMA)提出了医学图像信息转换标准DICOM3.0[4]，解决了不同图像生成设备给图像转换所带来的障碍和困难，用标准的格式进行了规范化。

当前，许多大型医院把DICOM图像嵌入到三维重建软件，近似于一种大型图像处理工作站。这种工作站的一个主要缺点是消耗大量计算资源，需要高性能硬件来完成任务。通常，建这种工作站的成本很高，小型医院没有实力搭建。显然，这种软件在成本上是不可行的，并且仅仅开发此软件的公司才可以实施维护，这就带来了诸多困难和不便。因此，更小且有效的DICOM标准医学图像重建系统的开发有利于克服上述提到的限制[5]，与此同时，小型医院也能拥有自己的三维重建系统。这种系统能够增强诊断的准确性，为病人提供更加可靠的治疗。

1方法

1.1 DICOM资源

DICOM专用于医学数字成像和通信。DICOM标准由ACR和NEMA联合，DICOM超声数据的多个帧被用于体绘制三维重建。收集到的DICOM文件以8字节方式存储，其灰度值范围是0~255。可存储的最大帧数是256帧，如图1所示。

1.2体绘制

在图像预处理中，用于体绘制的源数据是DICOM格式的[6]，体绘制的基本流程（如图2所示），比面绘制更加难实施。其主要的难点是如何为图像体素的不同灰度值设置不同的透明度和颜色值。VTK使用类vtkPiecewiseFunction设置透明度值。这种方法仅需要对透明度的离散灰度值进行少许设置，其值在灰度值范围内连续地变换。但是，想知道不同结构的灰度值是件不容易的事，这就要求我们用反复的尝试和错误来找到合适的灰度值范围。

使用类vtkColorTransferFunction设置颜色值，实际上是提供一个灰度值给map的GRB值。用它来添加不同灰度值给体素，为的是增强可视效果。VTK用类vtkVolumeRayCastFunction实现体绘制，它包含三个子类：vtkVolumeRayCastMIPFunction，vtkVolumeRayCastCompositeFunction，vtkVolumeRayCastIsosurFunction。图2 VTK三维体绘制流程

1.2.1体素

体素是三维中的基本单元，它是由两张邻近切片的各四个点组成的一个立方体[7]。在体素上依次定义了8个不同点；体素在坐标轴的每一边都有一个六面形状，如图3所示。图3体素结构

1.2.2图像插值

通常，来源于医学图像设备生成的图像数据总是含有空间上的间隔，这种间隔比像素间的间隙还要大的多。例如，CT切片的图层内像距一般为0.5~2mm，而空间距离则达到1~15mm。因此，当我们做三维重建时，需要用图层间的插值生成新的切片层。当前的超声图像，间隔值设置为3.57mm。

插值方法主要分成两类：一类是基于图像灰度值插值法，例如邻近、线性[8]和曲线插值法[9]等；另一类是基于匹配（拼接）插值法。这些方法实际上都是针对间隔而设计的。基于灰度插值的图像插值法是最普通也是最简单的插值法。

1.2.3灰度插值法

灰度插值法是在原断层图像序列中插入一定数量的缺失切片图像[10]。现有插值法主要是灰度邻近插值法、线性插值法和高次非线性插值法。线性插值常常被假定为Z轴方向的两邻接域线性变换的灰度值，相当于估算相应点的新的间隔灰度值，其值的确定需要数个灰度层相应点的信息。

假定在已知断层图像V()

2结果

二维图像依赖于感兴趣区域的物理特征。但是，对于多数现存的医学图像成像系统而言，直接生成最佳空间定位的二维图像非常困难。这是因为位置和扫描定向取决于本身的结构及其它的物理限制。因此，三维图像处理在诊断应用中具有较高的价值。

图4 a为未经插值的体绘制结果，b为调整参数的体绘制结果

图4a显示了未经插值的三维体绘制结果。显而易见，重建结果比较粗糙，尤其是在Z轴方向的像素。在这种情况下，感兴趣的颈动脉从三维模型中很难分辨。但是，用vtkOpacityTransferFunction和vtkColorTransferFunction适当调整参数，改善体绘制算法，颈动脉的内部区域都能清晰可辨，如图4b所示。

3结束语

该文提出了一种基于VTK的三维重建体绘制方法。这种方法适用于CT、MRI或超声图像的多种器官组织重建，有利于立体观察损害和正常的器官组织，对于实际临床应用具有重要意义。

参考文献：

[1]胡红莉,张建州.螺旋锥束CT重建的近似逆算法[J].计算机工程与应用,2011,47(21):199-201.

[2]郭红宇,戴建平,何砚发.基于迭代的PROPELLER MRI重建算法[J].中国图象图形学报,2011,16(2):179-184.

[3]吴建华.医学超声图像处理的研究与实现[D].长沙:中南大学,2010.

[4] Ghrare S E, Ali M A M,Jumari K,et al.An efficient low complexity lossless coding algorithm for medical images[J].American Journal of Applied Sciences,2009,6(8): 1502-1508.

[5] Selvaraj K.Data extraction from computer acquired images of a given 3D environment for enhanced computer vision and its applications in kinematic design of robos[J]. Journal of Computer Science,2010,6(4):425-427.

[6]邢琪.基于光线投射体绘制的医学图像可视化方法研究与实现[D].西安:西安交通大学,2007.

[7]廖秀秀,梁礼健.医学图像三维重构技术[J].中国医学装备,2009,6(2):21-23.

医学图像重建篇2

[中图分类号]R814.43 [文献标识码] B[文章编号] 1673-7210（2009）03（a）-157-02

随着可视化技术的发展，现代的许多医学图像设备都是向提供三维图像发展，目前三维CT、三维超声均可提供三维影像，如通用电气、西门子等成像设备制造商均生产三维CT产品，但是这些设备价格相当昂贵。通过计算机图像图形学技术和可视化技术，对二维CT图像进行后处理，根据输入的各图像参数直接在PC机上实现三维影像重建具有十分现实的意义。

1 三维可视化系统技术研究

符合DICOM标准的CT图像的三维可视化系统必须具有的基本功能是DICOM文件的解析功能，用于提取出重建的数据场和空间信息。针对医学CT图像的特殊性，必须具有窗宽/窗位的调节功能，还必须具有体数据场的三维可视化功能。

1.1 DICOM文件的解析功能

DICOM标准的提出使得医学图像及各种数字信息在计算机之间的传递有了一个统一的规范，DICOM标准不但规定了通讯的标准，也规定了医学图像特定的存储格式。DICOM文件一般由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集构成，在DICOM文件头中包含了标识数据集合的相关信息，DICOM文件的信息主要集中在数据集部分。DICOM数据集又由数据元素组成，数据元素主要由4个部分组成：标签、数据长度VL、数据域和数据描述VR。不同的标签规定了后续数据域中数据对应实体的内容，数据元素按标签的升序排列构成数据集。DICOM文件解析目的是通过分析符合DICOM标准的CT图像的文件中各数据元素，从给定的序列文件中按标签号逐个提取出重建中需要用到的信息，分析判断各图片之间的空间关系，构造数据场，作为可视化系统的原始输入数据。

1.2 窗宽/窗位调节功能

通过DICOM文件解析获得的CT图像各象素比特深度一般为12位，存储位为16位，目前计算机能够显示的灰度级只有8位，因此在重建前要完成16位到8位灰度级的映射功能，这在CT图像的处理中称为窗宽/窗位的调节。

目前常用窗宽/窗位的调节算法有Linear算法、Gamma算法、Logarithmic算法等。Gamma算法和Logarithmic算法都是非线性的，可以补偿人眼对灰度反应的非线性，但是它们的运算量非常大，对于二维图像处理采用可以产生较为理想的效果，如果直接将其运用到三维数据场，则巨大的计算量将影响实时窗宽/窗位的调节。为了有效地进行窗宽／窗位的调节，笔者采用了计算速度快、可以实时交互的Linear算法，效果理想。

1.3 可视化技术

规则数据场的可视化方法一般分为两类：一类是表面绘制法，一类是体绘制法。

通过软件开发，实际比较了表面绘制和体绘制的优劣。发现了表面绘制处理的是整个体数据场中的一小部分数据，具有较快的速度，并且可以快速灵活地进行旋转和变换光照效果，它适合于绘制表面特征分明的组织和器官。但是，由于表面重建对表面分割的依赖较大，对分割的精确程度要求很高，所以对形状不明显、亮度变化小的软组织，以及血管等组织的三维显示，效果不尽如人意。体绘制对于形状特征模糊不清的组织和器官进行三维显示时具有较好的效果。但是由于在原始的体绘制过程中，一般要遍历体数据场中的每一个体素，因而计算量较大，图像成像的速度较慢。当改变光照和视点时，要重新进行投影运算，所以交互的速度较慢。因此，为适应不同的应用要求，系统同时实现了两种重建方法。

2 系统结构设计和功能

根据系统的功能构想和实现目标，笔者将系统结构设计为4个模块：

DICOM文件解析模块：完成由符合DICOM标准的CT图像输入序列到体数据的组织和相关信息获取的功能。该模块首先逐个解析单个的文件，提取出了关键数据，再判断输入的图片是否为同一序列，在空间位置上是否满足重建的要求，然后将删去不符合要求的图片而将符合要求的图片组成列表，提取逐个列表中各文件的象素和空间信息，将各切片数据组织为空间体数据场。

体数据预处理模块：完成窗宽/窗位调节和体数据增强等功能。窗宽／窗位调节采用Linear算法；体数据增强主要是为了消除CT图片中可能存在的噪声而采用的可选的预处理功能，一般的中值滤波器具有消除噪声同时对图像边缘等信息影响不大的优点，在系统中选用该算法实现图像滤波。

可视化模块：设计了表面绘制和体绘制两种算法。表面绘制使用MC算法提取等值面；体绘制算法采用Ray Casting算法。为了加快开发速度，笔者通过比较分析：作为可视化开发工具，VTK是一个开放式的免费软件，具有强大的三维功能，它提供目标函数库，用户可以利用面向对象的技术和方法对它进行二次开发。

交互显示模块：交互显示模块主要完成对重建后的三维影像实现旋转、缩放，获取冠状面、矢状面和实时窗宽/窗位调节的功能。

3 结论

医学CT图像三维可视化系统实现了符合DICOM标准的CT图像的三维显示，为医务人员提供了形象、直观的诊断技术，具有广泛的临床应用价值。系统实现了：DICOM文件的解析；交互式Linear算法窗宽/窗位调节；MC表面绘制法和光线投射法重建医学CT图像；通过软件开发，比较了两种重建方法的优劣；直方图指示，冠状面、矢状面的获得及其旋转、缩放等功能。

[参考文献]

[1]李树祥.医学图像技术的发展与应用[J].中国图像图形学报,1996,1(1):281.

[2]唐泽圣.三维数据场可视化[M].北京:清华大学出版社,1999.

医学图像重建篇3

关键词：医学图像处理；3D图像重建；VTK；ITK

Key words: medical image processing；3D image reconstruction；VTK；ITK

中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）24-0161-02

0引言

计算机断层扫描仪（CT）、核磁共振成像（MRI）和3D-4D超声波立体影像诊断等3D医学成像诊断设备已得到广泛应用。这类设备通常使用切片扫描技术，将所得到的数码切片图像系列以DICOM文件格式保存起来，并据之还原为3D图像。这些设备所生成的数码图像数据也可以导出并存放到其他存储设备如计算机或网络硬盘中，供医生和研究人员采用医学图像软件重建其3D图像进行浏览和分析。

医学3D图像重建技术是计算机可视化领域的一部分，它使用2D切片图像系列来重建三维图像，这些2D切片图像系列可由不同种类的医学扫描设备生成，并以DICOM文件格式存放其图像和各种参数。不同类型的设备有其不同的扫描采样参数，如CT通常使用高对比度平行扫描切片，MRI使用低对比度平行扫描切片，而超声波扫描仪一般使用低对比度的平行或散射切片。一般来说，医学3D图像重建的基本步骤如下：

第一步：将2D切片图像系列（以DICOM格式存放的一组文件）读入内存并还原其位置和排列顺序，组成数据体；

第二步：使用某种绘制技术将数据体转换为3D图像。

通常用于医学图像的绘制技术有多平面绘制（MPR，Multi-Planar Rendering），表面绘制（SR，Surface Rendering）和体绘制（VR，Volume Rendering）等。我们开发的VascuView3D就是一个3D医学图像重建系统，该系统可用于将CT和MRI等设备生成的2D病患切片图像系列转换成3D图像。VascuView3D同时集成了体绘制、表面绘制和多平面绘制等3D视图。

1几种主要绘制技术

1.1 多平面绘制MPR技术多平面绘制技术用于切片结构重建，即根据垂直轴向扫描的切片系列重建出冠状轴向平面投影和矢状轴向平面投影。实际上，VascuView3D所使用的MPR算法并不局限于重构正交方向上的投影，也可以用于重构出三维空间上任意平面方向上的投影图像。MPR技术的优点是计算量较小，因此可用于配置较低的计算机。

1.2 表面绘制SR技术表面绘制技术是用一组等值面来表现3D对象。在各切片上，同一等值面中各点的密度相同。表面绘制技术用于将一种组织和其他组织区分开来，如从头部的切片系列中分离骨头和肌肉，或者从肌肉组织中分离血管等。表面绘制技术通常用于高对比度数据。

在表面绘制技术中，有两种主要的等值面重建方法：

①基于轮廓的表面绘制：使用从各切片中提取的等值面阈值来重建等值面；

②基于体素的重建：直接从标明等值面阈值的体素来重建等值面。在这类算法中，最好的是移动立方体算法，其他类似的算法还有移动四面体算法和分割立方体算法。

在VascuView3D提供的表面绘制算法中，用户可以提供一个等高值以得到更好的绘制效果。

1.3 体绘制VR技术体绘制技术使用穿过对象体的投影光束来实现对象体的透明化。沿着每一根光束，对每个体素计算其透明度和颜色，然后再根据沿各光束计算出的数据重整为图像平面上的像素。体绘制技术所产生的图像是半透明的立体灰度图像，也可以根据不同的需要对其进行着色处理。这种3D图像对理解对象的整体结构非常有用，是医学3D图像软件中最重要的界面视图。体绘制技术的缺点是计算工作量很大，如果用户的计算机配置较低，则响应时间很长，它可用于低对比度数据。在实现体绘制技术时，主要用到下面两种射线投影方法：

①对象顺序法：投影光束从对象体的后方向前投射（从对象体到图像平面）；

②图像顺序或光线投射法：投影光束从前方向后穿过对象体（从图像平面到对象体）。

此外还有一些其他方法可用于3D图像合成，在医学图像处理中常用的有：最大密度投影、最小密度投影，α合成和非实感体绘制等。在实际的三维图像软件中，这些方法通常都和以上各种绘制技术结合起来使用。

在VascuView3D中，同时提供了MPR、VR和SR三种不同的绘制界面供用户选择，在不同的绘制界面中，还提供了相应的参数调整手段，以达到最好的显示效果。

2由平行切片系列重建3D图像

平行切片数据系列可由计算机断层扫描仪（CT）或核磁共振（MPR）等设备生成，并以DICOM文件系列的方式存储。除了2D图像点阵数据外，存放于DICOM文件中的还有关于患者和设备的有关信息，以及各种扫描参数。

平行切片设备所使用的扫描间距通常在0.5到2.0毫米之间。从CT数据重建3D图像比较容易，这是因为CT采用高对比度扫描。在使用上节所述的各种绘制方法得到3D图像之前，首先应在计算机内存中按原来的顺序和位置排列好平行切片来组成数据体。由于数据量很大，所以对计算机的内存容量的要求比较高。

3VascuView3D系统的开发

3D医学图像重建系统VascuVeiw3D是VascuBase医学信息管理系统的一个组成部分，用于从病患医疗档案中存放的CT和MPR图像系列文件中重建其3D图像，供医生和研究人员分析使用。VascuView3D使用Visual C++.NET开发，并使用了可视化工具包VTK（Visualization Toolkit）和ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit）中提供的各种3D算法。

3.1 VTKVTK是一个广泛应用于3D计算机图形图像处理和可视化编程的开源软件包。它由一组C++类库和几种交互式界面接口如Tcl/Tk、Java以及Python组成。VTK支持各种可视化算法，包括标量的、矢量的、张量的研究面向容积的算法；支持高级模型算法如：隐式模型、多边形裁剪、网格平滑、分割、等值面，以及德洛内三角（Delaunay Triangulation）算法等。VTK有一个内容丰富的信息可视化框架，有一整套3D交互组件，支持并行处理。VTK可运行于多种操作系统平台上，如Windows、Linux、Unix及Mac。

3.2 ITKITK是一个多平台的图像分析工具的开源软件包，具有强大的医学图像分割和配准功能，包括许多高水平的多维图像分析算法，如用于等值面提取的移动立方体算法。ITK软件并不提供对图像界面的直接支持，因此需要和VTK等可视化软件结合使用。ITK还包含了对DICOM文件的读取功能，这对提取存放于DICOM文件头中的各种参数非常有用。

3.3 VasucView3D软件结构图1说明了VascuView3D系统的结构。作为医学信息管理系统VascuBase的一个组件，VascuView3D被设计成内嵌于VascuBase用户界面的一个OCX控件。

3.4 VascuVeiw3D软件界面设计VascuVeiw3D的主界面类似某些商业医学软件系统，见图2。左面是2D切片系列浏览窗口，右面用于显示重建的3D图像。在3D窗口上方有一个工具条，整合了若干常用功能按钮。VascuView3D还提供了丰富的菜单功能以方便用户。

3.5 VascuView3D的主要类结构

VascuView3D的主要类有：

clsDicomIOclsImageFileReaderclsImageSeriesReaderclsItkVtkData

clsMetaDataDictionary clsMetaDataObject

clsCastImageFilter；clsExtractImageFilter；clsFlipImageFilter；

clsRescaleIntensityImageFilter

vtkMFCWindow clsVascuView

其中Filter类的结构如图3所示。

3.6 VascuView3D的主要功能

VascuView3D的主要功能如下：

①读入2D切片序列文件，从中提取DICOM信息并构造对象数据体；

②选用合适的算法重建3D图像，可提供体绘制（VR）、表面绘制（SR）和多平面绘制（MPR）等视图；

③用户可通过系统界面对生成的3D图像进行各种操作，如旋转、平移、缩放、调整对比度和亮度，以及感兴趣区操作；

④对于体绘制视图，还提供了基于颜色对照表CULT（Color look-up table）的3D图像着色。CLUT是一种将一给定的颜色范围转换为另一组颜色的转换机制，可用于对三维灰度图像的仿真着色或伪彩色着色，以提高图像辨识率；

⑤对于表面绘制，可根据用户给定的轮廓值进行绘制。

4结论

3D医学图像重建软件VascuView3D用于根据CT或MRI输出的2D医学切片图像文件重建其三维图像，供医生和研究人员使用。该系统建立在VTK和ITK之上，使用Visual C++编程。该软件是医学信息管理系统VascuBase的一个重要组成部分，拥有令人满意的三维图像重建速度和方便的用户界面。

参考文献：

[1]曾更生.医学图像重建入门[M].北京：高等教育出版社，2009.

医学图像重建篇4

中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)15-3696-02

The Application of Computer Image Processing Technology in Medicine

ZHANG Gui-ying

(Zunyi Medical College, Department of Medical Information Engineering, Zunyi 56003,China)

Abstract: Modern medicine is increasingly inseparable from the medical image information, the support of medical equipment or systems, medical image processing and medical equipment, ultrasound imaging, CT, MRI, surgery, Tongue like diagnostics and computer image processing technology are closely related.

Key words: computer technology; medical image; image processing technology

1医学图像的种类

随着计算机技术和医学的发展，医学图像信息在临床诊断中起着越来越重要的作用。目前，供医学研究和临床诊断所需要的医学图像多种多样，如：B超图像、MRI图像、CT图像、PET图像、SPECT图像、数字X光机（DR）图像、X射线图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病例切片和显微镜下细胞图像等。利用计算机技术处理这些图像，不仅可以提高医学临床诊断水平，还能为医学培训、医学研究与教学、计算机辅助临床外科手术等提供必要支持[1]。

2医学图像处理技术的内容

在医学图像处理中，计算机起着至关重要的作用。广义的图像处理技术包括：图像的获取、图像的存储、图像的传递、图像的处理和图像的输出，这些处理工作都需要用到计算机技术。狭义的图像处理主要研究计算机可以实现的算法，包括：1)几何处理：包括改变图像的大小，旋转、移动图像等。2)算数与逻辑预算：包括图像的加减乘除、与或非运算等。3)图像数字化：将模拟形式的图像转化成数字图像。4)图像变换：为了方便后续操作，改变图像的表示域和表示数据，如傅里叶变换、余弦变换、小波变换等等。5)图像增强：改善视觉效果和图像质量，如对比度增强、平滑、校正等等。6)图像复原：修复失真图像以尽量接近原始的未失真的图像，如频域中的恢复方法、最大熵恢复、运动模糊恢复等。7)图像压缩：为了有利于图像的传输和存储，将一个大的数据文件转换成较小的同性质的文件，如自适应编码压缩、基于人工神经网络和小波技术的压缩等。8)图像分割：将图像中感兴趣的部分分割出来，为后续图像分析和理解打基础，如边界检测、区域检测等等，具体可以参考文献[2]。9)图像的表示和描述：对已分割的图像进一步表示和描述，以更适合计算机进一步处理，如颜色提取、纹理提取、区域集合特性等等。10)图像分类识别：根据提取的特征来分类识别图像，如人工神经网络、支持向量机、模糊识别等。11)图像重建：将一组关于目标的某一剖面的一维（或二维）投影曲线，重构该剖面的二维（或三维）图像的技术，如投影重建、3D重建技术等。一般所说的图像处理指的是狭义的图像处理。

3计算机图像处理技术在医学中的应用

3.1图像处理技术在超声医学成像中的应用

超声成像过程中图像处理的方法有很多，其中主要的有图像平滑处理、图像伪色彩处理、图像纹理分析、图像分割、图像锐化处理，以及图像增强处理等图像处理方法[3]。在B超图像中，不可避免会出现噪声，噪声的存在对某一象素或某幅图像是有影响的，因此要平滑图像，去除噪声，为图像的后续处理做准备。为了使B超医生更好的识别B超图像信息，可以用不同的颜色来表示图像中的不同灰度级，达到图像增强的效果，可识别灰度差较小的像素，这种用彩色差别代替灰度差别而组成的图像，即为伪色彩图像。B超图像中存在颗粒状纹理，其主要有以下两种情况引起的，一种是B超图像本身的斑纹，是无用的信息，另一种是由被检查者的组织结构引起的，是有用的信息。正常和有病变的器官图像组织颗粒分布不同，即纹理也不同，因此，对B超图像进行纹理分析，从而判别病情。图像分割是将病变区域分割出来，以便测量其大小，体积等，为诊断提供必要数据。除此之外，还要用到图像锐化处理和图像增强等计算机技术处理B超图像。

3.2图像处理技术在CT和MRI中的应用

CT的本质是一种借助于计算机进行成像和数据处理的断层图像技术。虽然X线透视可使人们了解人体的内部结构,但只有CT通过计算机在排除散射线和重叠影像的干扰并对X线人体组织吸收系统矩阵作定量分析后,才从根本上解决了分辨率问题。计算机在CT系统中要完成图像去噪、图像的增强、图像重建等任务。没有计算机技术，CT设备的发展是不可想象的[4]。在磁共振中，图像处理技术包括图像去噪、图像增强、图像复原、图像三维重建等操作，磁共振成像也离不开计算机图像处理技术的支持。

3.3图像处理技术在图像引导外科手术中的应用

手术导航(Surgical Navigation)是近二十几年迅速发展的微创外科(Minimally Invasive Surgery，MIS)技术之一。图像引导外科系统利用医学影像和计算机图像处理技术，可在术前对患者多模态图像数据进行三维重建和可视化，获得三维模型，制定合理、定量的手术计划，开展术前模拟；在术中利用三维空间定位系统进行图像和病人物理空间的注册或配准，把患者的实际、手术器械的实时空间位置映射到患者的三维图像空间，对手术器械在空间中的位置实时采集并显示，医生通过观察三维图像中手术器械与病变部位的相对位置关系，对病人进行精确的手术治疗[5]。它把图像图形处理、空间立体定位、精密机械和外科手术等结合在一起。医学图像自动处理算法诸如图像分割、滤波、特征提取算法在图像引导外科中发挥着重要作用。

3.4图像处理技术在中医舌像诊断系统中的应用

计算机图像处理技术在舌象综合定量化研究中起着重要作用，也是舌诊现代化的发展方向之一。中医舌象诊断系统运用色度学、近代光学技术、图像处理技术和计算机硬件技术等学科技术，其中图像处理技术是关键技术之一。在该系统中，要对舌象进行预处理，包括去噪、图像分割等操作。建立颜色模型，根据模糊数学理论，确定有关舌象的定义域，进行特征提取和纹理分析等，这些都是计算机图像处理技术。

4结束语

现代医学越来越离不开医学图像信息的支持，在医学图像处理中，计算机技术起着至关重要的作用。在医学领域中，超声成像、CT、磁共振、外科手术、中医舌像诊断都与计算机图像处理技术息息相关。随着计算机技术和医学的发展，计算机图像处理技术会在医学领域中得到更广泛的应用，医学领域也更离开不计算机图像处理技术。

参考文献：

[1]潘礼庆.计算机技术在医疗仪器中的应用[M].北京：中国中医院出版社,2008:69-89.

[2]张贵英,张先杰.医学图像分割技术研究[J].医学信息, 2011,24(1):533-535.

医学图像重建篇5

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.06.138

[中图分类号]G648.4 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2017）06-0-02

为满足医学研究生对医学图像加工处理需求不断增加的现状，各医学院校在医学研究生的计算机教学中纷纷引入了医学图像处理课程。其目的在于使学习者能够适应医学影像设备在医院广泛应用的现状，掌握基础的、主流的相关医学图像处理的计算机数字处理技能。医学图像处理是围绕计算机技术、电子技术、信息技术和医学影像技术的多学科交叉性的学科，其以计算机为载体和主要工具，对不同医学影像设备所采集和生成的医学影像进行目的性的二次处理，进而辅助于医疗工作。

涉及数字图像处理的医学图像主要包括：计算机射线照相检测（Computed Radiography，简称CR ），数字化X射线照相检测（Digital Radiography，简称DR），计算机断层扫描成像（Computed Tomography，简称CT），磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），正电子发射机断层扫描成像（Positron Emission Tomography，简称PET），超声成像（Ultrasound，简称US）等。对学习者来说：首先是通过医疗图像设备获取相应的医学图像；其次是了解待处理的图像及其特征，并根据实际需要设计相应的计算机算法方案；再次是使用相应的图像处理工具（Photoshop或Matlab）按照算法方案进行特定图像的处理；最后是对处理结果进行验证，如果结果具有可靠性、实用性则将处理结果用于医疗。

医学图像处理课程教学是基于图像处理的理论，针对医学中医学图像相关内容，结合医学图像处理的过程而展开的教学活动。

1 医学图像处理课程分析

本文以S医科大学为例，对其研究生的医学图像处理课程进行了剖析。

在课程基础方面，需要完成医学影像学基础、计算机公共基础学、医学诊断学等部分课程；在课程实践方面，需要有计算机实践中心作为支持，并具备计算机应用环境，安装Photoshop和Matlab等专业处理软件；在教学时间方面，依据内容为64学时；在教学内容方面，依据聂生东 等编著，由复旦大学出版社出版的《医学图像处理》教材为准，教学内容涵盖了医学图像处理的基本概念、典型方法和使用技术三个主要方面，具体内容如表1所示。在教学考核方面，将理论性考核与技能实践性考核相结合，实现综合性评价。

2 医学图像处理课程的教学现状

为进一步对研究生医学图像处理教学进行分析，本文对部分医学院校的医学图像处理课程教学现状进行了系统的调查分析，以下为调查结果。

2.1 对医学图像处理教学的重视程度不足

首先，调查显示近50%的医学院校没有针对研究生开设独立的医学图像处理课程，而是部分地将相应的教学内容移入到研究生计算机教学的部分章节，课时少、内容概括，难以达到相应的教学目标。其次，在已开设医学图像处理课程的学校，超过30%的学校将其设定为非指定选修课或者为影像专业的专业考查课。

2.2 教学内容简单

医学图像处理课程是多学科的交叉性边缘学科，其对计算机使用及编程内容要求较高，同时涉及很多数学建模、算法问题，教师在教学中发现这对医学研究生的学习和运用具有较高的难度，因此实际教学中内容难以深入，难以实现其教学目标的要求。

2.3 教学工具单一，难以满足教学要求

调查显示，70%以上的医学图像处理课程使用的是Adobe公司的Photoshop软件工具，不容置疑Photoshop是功能强大的图像编辑处理软件，但医学图像处理很大程度上要设计特定算法及组合方案，是更高级的图像处理，如边缘检测、对象识别、智能分析和配准等，这是Photoshop难以实现的。目前，公认图像处理课程教学中较好的软件是具有编程功能的Matlab和C++等工具。

2.4 缺乏合理的教W团队

目前，90%的医学图像处理课程的教学工作由从事计算机教育工作的教师承担，其重要问题在于计算机教师属于理工学科范畴，其对医学相关问题的研究和理解有限，难以实现图像处理与医学问题的结合。同时，这个问题也体现在医学图像处理的教材中，纵观现有的医学图像处理教材，其作者90%以上为计算机领域的研究者，导致教材只是在浅层实现图像处理向医学方向的靠拢。还有部分院校的医学图像处理课程由医学影像专业的教师承担，其问题表现在相应的教师没有较深的计算机图像处理素养。

2.5 其他方面

除了上述主要问题外，研究生的医学图像处理课程的问题还表现在教学实践性差，教学案例医学针对性不足，教材内容可用性不强等方面。

3 医学图像处理课程的发展对策

基于研究生医学图像处理课程的限制和主要问题，未来医学图像处理课程要想在一个良性的发展轨道上运行，必须注重以下几个方面。

3.1 提高认知程度

国家教育管理机构、各级医学院校和学习者本人都要认识到医学图像处理相关的知识和技能在医务工作者未来工作中的重要性。当今社会已经步入了全信息化时代、综合素质时代和高科技时代，相关人员一定要认识、并重视医学图像处理在辅助医学诊疗中所具有的极其重要的作用。

3.2 组建合理的医学图像处理课程体系

医学图像处理的多学科性要求其学习者要有一定的多学科知识和技能基础，这也是医学图像处理可以进行深入学习的前提。因此，要在医学本科生阶段构建计算机基础、程序设计基础、医学诊断学、影像学等知识基础架构，使医学图像处理成为这些课程的延续与深入。

3.3 组建医学图像处理领域的科研教学团队

教学是大学教师最基本的工作职能，同时大学教师还有科学研究的义务。组建医学图像领域的科研教学团队，将多学科的教学研究者，以科研为目标组合到一起，实现彼此间的交流、合作和领域渗透，打破目前教学在师资方面的限制。

3.4 建设医学图像处理实例资源库

医学图像处理实例是提高课程针对性，明确未来业务需求，提高学生学习兴趣等的最直接手段。要想使医学图像课程可持续发展，建设医学图像处理实例资源库是十分必要的。

3.5 采用先进的教学形式，注重教学环境的建设

医学图像处理课程在定位上比较注重于研究生医学图像处理技能的培养，是实用技能的素质教育，因此，实践教学尤为重要。传统的教学模式难以满足现在的教学需求，因此，应注重新教学形式的引入，如以任务为驱动的教学模式、SPOC教学模式等。同时，要进一步加强教学环境的建设，构建高性能、全数字化的教学设施和教学实践平台环境，这也是教学的基础保障。

3.6 依托互联网实现医学图像处理教育的延续

目前，限制医学图像处理教学效果的另一因素是教学学时有限。医学图像处理是一个系统的理论和工程，有限的教学学时严重阻碍了学习的深入性和可持续性，因此，应借助互联网等现有的科技形式对教学进行进一步延续。

4 结 语

随着信息时代、高科技时代和多媒体时代的到来，医疗诊治的工作中包含大量的诊疗相关图像，这些医学图像作为医学诊疗的辅助，具有重要的价值。因此，医疗相关工作者必须掌握医学图像处理的相关知识和技能，提高自己的综合素质，发现、获取、提并利用这些医疗图像的价值。医学图像处理课程正是在这样的需求下进入到大学教育体系中，为了更好地完成相应课程的教学工作，本文以研究生为例对医学图像处理课程教学进行了剖析，并从课程教学的现状和发展对策两个主要方面进行了阐述，以期对未来研究生医学图像处理课程的发展具有指导和借鉴意义。

医学图像重建篇6

“影像融合”是近来被国内医学影像界提及频率很高的一个词，7月19日，由中国医科院主办的“首届医学影像高峰论坛”在北京举行，该会议的主题即为“融合共赢”。复旦大学副校长、中华医学会放射学分会主任委员冯晓源在会议间隙接受《e医疗》专访时说：“影像医学必然要以影像为根本，但这个‘影像’不是CT、核磁等单种技术的图像，而是多种影像的融合。从目前以形态（解剖）为基础的诊断向功能诊断、分子水平诊断的发展过程中，影像融合是必经的阶段。”同样的内容，他在2012年的中华医学会放射学分会年会上也提到过。

中国医科大学附属盛京医院院长郭启勇认为，以内、外科为代表的临床学科对影像检查的依赖性日益增加；以产前诊断为代表的特殊学科对影像检查的需求认识不断加深；综合影像诊断的重要性被临床广泛认知……知识附加值在影像诊断中将日益显现。

诚然，影像对于临床有着非常重要的作用，而影像医学的发展也必须围绕临床进行，因为作为“医技科室”的影像科，其终极目的必然是为“医”提供服务。

影像融合概念的提出，与医学的发展方向有着直接的关系。未来医学的发展将朝着以预测（Predictive）、预防（Preventive）、个性化（Personalized）和参与性（Participatory）为特征的P4医学方向进行，这正在逐渐成为医学界的共识。冯晓源认为，个性化医学将是新医学模式的核心之一，而影像医学检查技术，将可能是个性化医学的核心和基础。改变诊断模式，适应新医学发展的要求，不仅能改变影像医学式微的趋势，更能让其走向具有广阔前景的康庄大道。影像融合，是大势所趋。

随着科学技术的发展，越来越多的影像检查设备开始提供标准DICOM格式的影像数据，从技术上解决了影像融合的问题。而影像学科因细分而导致的碎片化，却在阻碍着影像融合的进行。中国影像医学奠基人之一、中国工程院院士刘玉清教授一直提倡“大影像”，他呼吁所有的影像部门一起工作，把基于不同成像原理组成的图像放在一起，并在此基础上提取有用的信息进行融合。冯晓源认为，影像的融合更应该是学术上的融合，是各学科知识点在融合的图像上的呈现。他说：“影像医学应该从原来提供单纯的影像学信息――主要是形态学信息――向提供生物学信息进行转变。”

事实上，影像融合现在已经不仅仅只是影像医学的愿景，有些医院已经开始了相应的实践，中国医科大学附属盛京医院就是其中的一个先行者。目前，该院已经尝试将不同学科领域（如化学、计算机、生物工程）的人才引入影像学科，企图打造一个全新的融合影像学科。

三维重建与PACS

根据医学图像所提供的信息，可将图像分为解剖结构图像（CT、MRI、B超等）和功能图像（SPECT、PET等）。解剖图像以较高的分辨率提供了脏器的解剖形态信息，但无法反映脏器的功能情况；功能图像分辨率较差，无法提供脏器或病灶的解剖细节，但它提供的脏器功能代谢信息是解剖图像所不能替代的。由于成像原理的不同所造成的图像信息局限性，使单独使用某一类图像的效果并不理想。这就需要对影像进行包括图像融合在内的图像后处理，三维重建是其中的内容之一。

所谓图像后处理，是指对获取的图像进行处理、使之满足各种需要的一系列技术的总称，最典型的技术包括图像分割和三维重建。通过一定的图像分割操作，切除任意不感兴趣的数据集，仅保留要处理的部分。分割技术可以使医生排除无关图像的干扰，看得更清楚，自然得出的诊断结论也更准确。而三维重建则是根据一系列二维的医学图像，经过多重处理，提取不同物体的边界数据，得出物体的三维模型，并允许对模型进行显示、旋转、缩放等操作。三维模型的重构可以为医生提供多角度立体的视角，从而使医生方便、快捷地对病灶进行定量的分析和处理，提高诊疗水平和效率。

三维影像的获取有两种方式：设备获取和PACS获取，设备获取可分为CT、MR等设备自带工作站和专业的三维影像工作站。专业三维影像工作站功能强大，能够提供信息更丰富、品质更精细的三维图像，而另外两种途径获取的图像品质相对较差。

PACS作为一个获取、存储并提供调阅医学图像的综合应用平台，其看图模块能对图像进行各种二维处理，而三维处理功能并不是所有医疗信息化厂家提供的PACS产品都支持的功能。PACS可以集成三维后处理功能，这样就可以进行影像的三维重建。PACS是一个数字运行的平台，是一个更大的概念，重建后的三维影像可以通过PACS进行存储、传输和查看。

融合了三维影像后处理功能的PACS，以所获取的DICOM图像为基础，对其进行重建、分割等处理操作，使医生可以更全面地观察医学影像，从而扩充了PACS看图模块的功能，取得了更理想的诊疗效果。把图像分割和三维重建技术结合起来使用，将最大限度地发挥后处理功能。诊断医生通过医学PACS系统得到患者的图像信息，在看图模块中进行简单的处理之后，如果发现还不足以做出确切的诊断，就可以利用三维影像后处理系统先重建出患者检查部位的三维立体模型，分割操作可以去除不感兴趣的干扰部分，各种旋转平移操作可以给医生更多的信息，最终做出合理的诊断。

综上所述，三维影像后处理系统处理的影像来源主要是PACS，各方面都要得到PACS的良好支持，既可以成为PACS的辅助模块，也可以单独成为一个独立的软件系统。

三维重建的医学应用

三维影像的应用主要体现在临床上，比如在做手术时查看病灶和周围血管及组织之间的关系，帮助临床医生进行手术计划的制订。《中国放射学杂志》编辑部主任高宏说：“3D影像技术在疾病的诊断、治疗和基础研究方面有着广泛的应用，在肿瘤疾病上的应用更为广泛，很多肿瘤的介入治疗和放射治疗都是通过三维成像引导来完成治疗计划的制订的。”

除了高宏提到的肿瘤疾病的治疗，三维影像在骨科、心血管等临床外科的应用也较普遍。北京大学第一医院泌尿外科要求每个肾癌病例都要进行三维重建，有着一套严格的对肾癌进行三维重建的要求：重建哪几个解剖的位置、重建哪些血管和肿瘤的关系等等。该院呼吸内科开创了用呼吸内镜把肺气肿病变切除的手术，该院影像科主任王霄英评价：“内科把外科的活干了，开拓了一个全新的领域。”

不仅仅是在临床，目前三维重建在诊断、教学和科研方面的应用也已经初具规模。郭佑民认为，三维影像在放射科的应用会越来越多，“对于放射科医师而言，除了观察断面图像之外，结合3D技术可以为临床提供更多更丰富的诊断依据。”他说。

并不是所有的影像从业者都认可郭佑民的观点，在采访中部分放射科主任认为，作为诊断工具来讲，三维影像对放射科的帮助并不大。放射科医生一直都是通过二维影像做诊断，经过多年的专业训练之后，他们已经可以透过二维影像在脑海中重建三维结构，此外，三维影像并没有提供更多与诊断相关的信息。倒是对临床医生而言，三维影像更能帮到他们。

青岛大学医学院附属医院副院长董则在科研方面进行了探索，国家“十二五”科技支撑计划课题“小儿肝脏肿瘤手术治疗临床决策系统开发” 就是由他领衔的。董和他的团队希望在国际上首次将中国各年龄阶段儿童和成人肝脏进行数字化虚拟测量，建立中国儿童肝脏数据库和小儿肝脏肿瘤立体模拟手术系统。

在教学方面，郭佑民认为3D影像与2D影像相结合，有利于学生对影像学结构图像的理解和应用。“因为医学生从学习人体解剖课程开始，就逐步地建立了人体组织和结构的空间概念，而对横断面的2D图像理解不够透彻。借助3D图像可以更好地对照和理解每一幅2D图像与3D图像的关系，为后续的学习奠定基础。”他说。

三维重建的发展方向

三维重建在医学上的应用已经较为普遍，其重要性正在越来越多地得到认可。如何充分利用三维影像的优势，更好地为医学服务，学术、临床及产业界都在进行着积极的探索。

影像引导的放射治疗

影像引导的放射治疗（IGRT）是一种前沿技术，通过放疗前以加速器自带的CT进行扫描，采集并重建三维图像，与治疗计划图像配准后再实施治疗。这样可以克服因治疗摆位和肿瘤位置移动所造成的误差，确保在精确照射肿瘤的同时，将对其周围正常组织的损伤降到最低限度，全方位提高效果。它在三维放疗技术的基础上加入了时序的概念，可以说是一种四维技术。

IGRT可从定位、计划到治疗实施和验证等方面创造各种解决方案。它充分考虑了解剖组织在治疗过程中的运动和分次治疗间的位移误差，如呼吸运动、小肠蠕动、膀胱充盈、胸腹水、日常摆位误差、肿瘤增大/缩小等引起放疗剂量分布的变化和对治疗计划的影响等方面的情况，在患者进行治疗前和治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时监控，并能根据器官位置的变化调整治疗条件，使照射野紧紧“追随”靶区，做到真正意义上的精确治疗。

高级影像中心

四川大学附属华西医院目前正在计划建立AVC（Advanced Visualization Centre，高级影像中心，也称3D中心或三维中心）。

西门子大中华区影像和知识管理总经理王峻介绍，AVC模式是以临床需求为中心而设计的影像信息系统，其所有的活动都是围绕着临床的某些诊疗需求而设计的。他说：“AVC改变了传统影像科的工作模式，使其更贴近临床科室的需求。AVC把大量之前只有在放射科才能访问到的高级图像处理软件的浏览权限向临床科室开放，使临床医生大为获益。AVC模式还将改变放射科的报告不受临床科室重视的尴尬状态，使得放射科的检查、处理和报告可以全面地为临床治疗服务，并为临床医生提供大量其需要的辅助信息。相信AVC能为医院诊断和治疗这两个重要的医疗行为找到更好的合作模式。”

华西医院放射科高级工程师王跃介绍，AVC所特有的各种结构化报告，能协助放射科在临床科室的亚专业和放射科的亚专业之间形成对接，这种一对一的沟通和协作，可以为临床中的不同疾病和亚专业提供更准确而有用的个性化、专业化报告，在提高放射科医生诊断报告价值的同时，也能提高放射科报告的利用率和实用性。

王跃说：“AVC的建设不仅能够大大加强放射科与临床科室的互动，使得临床更加需要放射科的工作以便更好地为患者服务，而且能够提升放射科自身的实力和水平。AVC代表了未来的放射科-临床科室工作模式，完全可以称为诊疗模式的一次革命。”

3D医学打印

据《健康报》今年7月报道，北京大学第三医院骨科刘忠军带领的团队在脊柱及关节外科领域研发出了几十个3D打印脊柱外科植入物，其中包括颈椎椎间融合器 、颈椎人工椎体及人工髋关节在内的三个产品已经进入了临床观察阶段。报道称，已经有近40位颈椎病患者和髋关节病患者在签署知情同意之后，植入了3D打印出来的骨骼。

3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。3D打印技术又称“增材制造”，长期以来被应用于制造珠宝、电子产品和汽车部件模型，然而如今的工业3D打印机也在造福医疗领域，它们已经可以定制人体肝脏和肾脏的模型，而科学家们也正在研究如何用3D打印机打印胚胎干细胞和活体组织，目标是制造出能够直接移植到受体者身上的人体部位，先进的3D打印机目前已经开始走进医院。

医疗行业（尤其是修复性医学领域）存在大量的定制化需求，难以进行标准化、大批量生产，而这恰是3D打印技术的优势所在。目前，3D打印技术在助听器材制造、牙齿矫正与修复、假肢制造等领域已经得到了成功应用，且应用已经相对比较成熟。

医学图像重建篇7

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0209-02

随着计算机技术的迅速发展，计算机软件技术已渗透到医院临床及其管理的各个领域，以电子病历为核心的医院信息化建设，使用计算机获取、存储、传输、处理各种诊疗和相关信息，提高了医院的整体医疗水平和工作效率。临床医疗、检验检查，影像诊断、医院管理等各部门，都在以各种规范为依据，实现业务处理数字化、自动化。计算机软件已成为医院临床日常工作及未来发展的重要组成，医院信息化建设已成为临床医院现代化的标志。

1 计算机软件在医院中的应用现状

1.1业务处理系统自动化

实现门诊就医、住院各科室业务处理流程自动化。如门诊病人用IC卡挂号一卡通，病人信息传输到相关科室自动化；各科医生给予诊疗检查，项目传输到影像、检验科室自动化；各科室完成检查，传发报告自动化；医生开电子处方、划价收费、药房发药自动化，实现门诊病人就医流程自动化。住院时则住院床位、医嘱处理、药库管理、费用结算、管理流程自动化；以及后勤物资，器械设备、财务管理、人力调配等后台支持部门业务处理过程自动化，从根本上解决病人看病难的问题。当前进行的医院信息化建设，将会使各医院调整到最佳运行状态，真正体现以病人为中心，以医疗信息为主线，提高医院的工作效率和医疗水平。

1.2医院电子病历管理系统应用

电子病历又被称为基于计算机的患者记录。以电子病历为核心的医院信息化建设，是公立医院改革的重要内容之一，医院信息化建设重点将转向临床信息系统，电子病历是核心技术平台。电子病历是指医疗机构内部支持电子病历信息的采集、存储、访问和在线帮助，并围绕提高医疗质量、保障医疗安全，提高医疗效率，而提供信息处理和智能化服务功能的计算机信息系统，既包括用于门（急）诊、病房的临床信息系统，也包括检查检验、病理、影像、心电、超声等医技科室的信息系统。电子病历并不是简单地将传统的纸张病历进行电子化，而是反映了患者整个的医疗过程，储存了患者全部的医疗信息，包括病史、各种检验检查结果和影像资料，是对个人医疗信息及其相关处理过程综合化的体现。它的发展方向是实现患者一生的全电子病历。

医院的核心业务是医疗护理流程，医生和护士工作站是临床信息系统的关键，整个诊疗流程对信息系统高度依赖，为保证以电子病历为核心的医院信息化建设，国家制定了电子病历系统应用分级评价方法和标准，用系统化、规范化标准管理诊疗流程，用电子病历和临床路径来规范医疗行为。医院通过病历内容、诊疗原则、合理用药、书写审签、感染控制等关键进行病历质控管理，以各种规范为实现依据，以智能化和信息化为技术支撑，实现基于电子病历的临床医疗质量管理，保证了病人医疗安全，提高了医院医疗质量与工作效率。

1.3计算机在临床影像检查、图像存储传输方的应用

随着计算机技术发展，医院影像设备不断更新，从普通x线到计算机x线摄影、数字x线摄影、多层螺旋CT、核磁共振 、及PET影像、窥镜图像、图像存档和传输系统，迅速用于医院临床[1]。临床诊断需要的影像很多：病理切片图像、X射线图像、CT和核磁共振扫描影像、核医学影像，超声波扫描图像、窥镜图像等，临床诊断离不开医学影像，而医学影像的处理必须由成计算机完成。医学图像处理分析借助于计算机软件、图形图像学技术， 用虚拟切割、图像融合、图像三维重建等方法，使图像的质量和显示方法得到改善。这不仅可以基于现有的医学影像设备来极大地提高医院临床诊断水平，而且开拓了新的治疗领域，如立体定向放射治疗，影像引导介入治疗，外科医生根据影像，用可视化软件技术对三维人体模型进行仿真手术。

图像存储与传输系统是实现医学图像信息管理的重要条件，通过连接影像、超声、内窥镜等所有成像设备，实现全院范围内的影像检查流程管理、影像数字采集、影像诊断报告、数据归档存储、网络信息等功能，使医生、病人能随时随地获得所需要的医学图像 。图像存储与传输系统是一个涉及影像医学、数字图像、计算机、软件工程、图形图像的综合及后处理等多种技术，是一个多学科交叉的先进技术系统。由于图像存储与传输系统的应用，临床医学影像已经实现数字化存储、传输和阅读，进入远程影像的时代。

1.4检验信息管理系统

检验信息管理系统将医院检验仪器与计算机组成网络，使得检验的各个环节智能化、自动化和规范化，实现自动采样、自动分析、自动数据处理及检验报告审核、打印分发检验数据、操作过程自动化。提高了医院检验科的整体管理水平，提高了检验质量，提高了工作效率，完成日常临床检验大量的数字化工作流程，实现医疗检测智能化。

1.5监护信息系统应用

监护信息系统已多在临床使用，可分为普通监护信息系统、重症监护信息系统、手术监护信息系统、急救监护信息系统，分别连接各类床边心电监护仪、呼吸机等设备，收集实时监护信息，利用计算机对监护信息的储存显示，实现病人临床监护的数字化管理。临床监护系统涉及到对心电、脑电、心功能及呼吸、脉搏，心跳、体温、血压等生命体征的监护，也需要对护理输液、尿湿等方面自动报警及昏迷病人定时改变等遥测遥控功能。

1.6文献检索系统

利用计算机软件数据库技术及网络对医学图书、期刊各种医学资料进行管理。通过关键词即可迅速查找出所需文献资料。各医院文献检索系统还包括本院内图书馆藏书，期刊检索。利用医学知识库、国内相关医学文献检索系统等检索医学文献，通过网络访问美国国立医学图书馆等，快捷方便。

2 医院临床计算机软件技术应用展望

2.1虚拟手术和手术导航系统

在给临床病人进行真正手术前，进行虚拟手术。虚拟手术是一个涉及软件工程、机器人技术、虚拟现实技术和临床医学等多学科交叉的挑战性课题。据虚拟现实技术，医生做手术不再像以前那样凭以往经验，医生可以将病人各部器官影像显示病变的实时数据，由计算机进行三维重建，建立一个与真实人体完全相同的虚拟立体图像[2]。如可以用脑核磁共振图像，在计算机上重建一个三维脑的模型，按人为要求使脑旋转，展现出希望看到的内部脑组织，在医生走上真正手术台之前，能够事先接触到与真实病人相似的手术区域、病变组织及周围血管神经，选择最佳手术路径，制定合理手术方案，提高手术成功率。将来，可建立计算机辅助手术导航系统软件，使术前虚拟手术常规化简便化，使传统的外科手术可以更加精确。

2.2远程医疗和远程手术

远程医疗是指用计算机软件和信息处理等技术，跨越空间的限制，远距离地传递声音、数据、文件、图片的医疗系统。远程医疗早在20世纪60年代就已诞生。现在的计算机技术则使其服务范围更广更快捷。远程医疗技术包括最初的电话远程诊断、电视监护到通过应用高速的网络技术实现图像、数字和语音的传输，进而可以进行实时的语音和清晰的图像交流。不需要长途跋涉，就能够咨询专家，远程医疗网使偏远地域的人群、海岛或舰船上的伤员接受到异地专家相同的服务。不同地区的医生，可依据远程网的信息，同时联网对一个患者进行会诊，制定精确的方案，而且能实现远程家庭监护。将来，结合计算机软件技术、虚拟现实技术和机器人等技术，医生能在千里之外对患者实施远程手术治疗，通过计算机进行虚拟手术操作，远程干预指令安置在手术现场的机器人精确完成手术[2]。当然，远程手术技术和设备的要求非常高，但将来技术成熟且推广时，将为人类医学带来无尽福音。

2.3建立全方位高速信息通道，实现智能医疗服务

建立全方位高速信息通道，将打破现有的局域性信息孤岛，使人们不受时间空间限制，同时进行声音、图像和数据交流，接受全方位医疗服务。将计算机软件技术、卫星通信、遥感遥控、全息摄影、光纤电缆、电话电视、计算机等现有功能融为一体，实现跨领域、跨局域的高速互联互通。高速信息通道可最大限度利用医疗卫生资源，如网上教学、社区医疗、医院系统联网等，使专家的知识成为全人类共有宝贵财富。它的建成将推动医疗卫生事业发展，将改变医疗卫生行业的现状和医院管理模式，如重大疾病可组建包含内、外科和影像医生、计算机专家、循证医学专家的新科室等。各种医疗资源共享将不再局限于一所医院一个地区，而是扩大到全国三级、二级、一级医院、社区医院，小至家庭个人，大至全人类，智能化医疗以融入世界的方式运行，医疗效率将得到提高，失误将被降低，治疗将实现最好结果。全方位高速信息畅通时，全方位医疗服务将会实现，将创造出一个高速的智能医疗服务的新时代。

3 结论

计算机软件在医院广泛应用是医务工作者的历史机遇，数字化医院建设是医院改革的必然选择，信息化是实现医院科学管理，提高社会经济效益的必要途径，以电子病历为核心的医院信息化建设，是提高医疗服务质量的重要保证。计算机软件发展促进了临床医学发展，给医院医疗工作带来新的活力，今后，将会进一步促进医疗技术高智能化，高精确化，提高人类医疗质量和服务水平。

参考文献

[1]李坤成.医学影像学技术现状和学科发展展望以及本刊的定位.中国医学影像技术，2011，27（1）.

[2]李华才.虚拟现实技术在医学领域的应用与展望.中国数字医学，2009，4（5）.

[3]刘伟.计算机技术在医学中的应用浅论.中国科技信息，2011（9）.

医学图像重建篇8

远程医疗会诊的工作特征是人机交流。这种会诊形势与传统的临床会诊不同之处在于，会诊专家不能直接接触到患者，从而限制了会诊专家直接获取患者症状、体征等第一手信息。因此，申请会诊方所提供的患者病史的全面性和可靠性，在一定程度上左右着会诊专家对病情的思考、分析与判断。远程医疗会诊通常受在线时间限制，不可能在询问病史上占用较多时间。基于上述情况，为使远程医疗会诊能够达到与面对面会诊相同的效果，提供远程医疗会诊用的病历资料的质量显得十分重要。目前国际上较为一致的意见为：“只有当申请方所提供的病历资料与会诊者的理解在专业标准上达到一致时，远程医疗会诊质量才具有较高的专业水平”。由此可见，重视并不断提高远程会诊病历的质量，具有非常重要的作用。

1 远程病历质量

目前国际上对远程会诊病历格式及内容，尚无统一的标准。我国远程医疗法规规定：“医疗机构只有在能够获得清楚的影像资料条件下方可开展远程医疗会诊工作”。从这个角度理解，远程会诊病历的准备至少应由病史摘要和影像资料两部分文件组成。

病史摘要是客观反映疾病发生发展过程，以及围绕病情演变所进行的体格检查、实验室检验、影像学检查以及临床治疗等情况的综合。参照《医疗护理技术操作常规》中院外会诊的病史摘要内容的要求，远程会诊病史摘要应包括患者一般情况、主诉、病史、体格检查、辅助检查、目前治疗、初步诊断及会诊目的等8 项内容。由于军队远程医学网是以自行研发的专用会诊软件作为病历传递的载体，患者一般情况及会诊目的等项目已经被表格化，只要按照栏目要求直接输人即可。对现病史和有关的过去史、所发现的阳性体征、重要的阴性体征以及各种辅助检查结果应详实叙述。所列出的实验室检查数据应注明计量单位，并应能反映与治疗的关系，必要时注明正常值，否则无法判断它的实际意义。一份好的远程会诊病史摘要要求申请医师预先全面复习病史，经过填密思考整理归纳而成，并非简单地摘录病史或转抄化验结果。凡直接参与远程医疗会诊工作的人员都有必要了解病史摘要的基本形式与内涵，以便在对病历预审中掌握应用。

大多数情况下，影像资料是远程会诊中专家阅读的重要文件，是疾病诊断的重要依据，如果仅将当地医院的检查报告列人病史摘要而不传送影像资料，远程医疗会诊做出的诊断或咨询意见是欠完整的。影像资料应选择与本次会诊有关的部分，不必将所有的影像资料不加选择地全部传送。其他临床常用的检查资料，如心电图、脑电图、肌电图、视野图、病理片、骨髓图像、超声图等等，应将其结果陈述于病史摘要辅助检查部分。对有意义的图像、图片和需进一步会诊明确检查的资料，同样需要制作成图像文件在会诊前一并传送给专家参考。所有需要传递的图像应注意文件命名；文件命名要注明检查部位、检查性质、检查日期，以便会诊者有目的地提取。

2 重建医学数字图像质量

从胶片影像获取数字图像，目前国内外普遍使用扫描仪。若要得到比较好的扫描品质，首先要了解自己所使用的扫描仪的性能，其次，还得掌握一定的扫描技巧。医学影像的扫描技巧或图像处理技巧与普通图像不同，主要包括扫描分辨率、扫描类型与模式、文件格式、修正扫描图像等基本扫描概念。只有熟练掌握各种技术要领，才能提高重建数字图像的质量与可阅读性。医疗中对静态图像的数字化采集，可以通过扫描仪、数码相机以及PACS@取。医疗环境下图像文件的存贮格式，既要考虑能够支持灰度图像和彩色图像的存贮，又必须考虑对图像的压缩作用，以及网络中能够支持的图像处理软件或图像读取环境。而JPEG格式是最常使用的图像格式。

3 医学图文资料重建数字图像制作

远程医疗会诊中的传送的常见医学图文资料种类较多，涉及临床各科的常规检查及特殊检查的结果或记录资料，包括放射影像、超声影像、心电图、脑电图、肌电图、病理、内镜检查、眼底或视野图、皮肤照片以及各种特殊检查报告单等。根据医学图文资料的临床应用特点，结合使用平板扫描仪扫描重建数字图像的制作要求，常见医学图文资料可归纳为五类图像制作类型。

放射影像类图像主要指CT，MRI，DSA，SPECT和普通X线检查等放射胶片图像。这类资料属于透明胶片图像，扫描重建数字图像时要求清晰度高，有可供调节灰阶亮度及放大图像的条件。扫描应选取正片透射类型，灰度模式，注意图像非线性亮度修正。对子大规格胶片应采用图层拼合方法制作，以恢复源胶片面貌，方便会诊者阅读与讨论。

灰度图片类主要指打印输出的B超图像、超声血流图像以及其他各种打印输出的灰度图片等。此类资料因输出在打印纸上，故成为灰度反光图片。扫描时应选取反射类型，灰度模式，扫描前同样应注意图像非线性亮度修正。

彩色图形类主要指心电图、脑电图、脑血流图、肌电图、视野图等使用专用记录纸描记的曲线图形资料。该类资料属于彩色反光图片，临床阅读时，除了分析波形外，还要测量各波所占据的时间、波幅，由于记录纸上的网格通常都带有淡色彩，选择RGB模式扫描比灰度模式更能得到满意效果。

彩色图片类主要指骨髓片、病理片、外周血涂片、多普勒超声心动图、各种内镜检查图像、以彩色照片或打印输出的彩色图片、皮肤或人体外形彩色照片等。这类资料属于彩色反光图片，临床阅读时主要是辨认细胞形态、组织结构、血流方向、病灶损害、皮疹损害等。扫描重建数字图像要求清晰度高，捕捉细节丰富，色彩逼真。扫描时应选取反光扫描和RGB 模式，适当提高扫描分辨率，校准显示器色彩也很重要。

文字报告类主要指各种文字资料，如远程医疗会诊意见单、特殊检查报告单以及各种原始医疗记录等。此类资料属印刷品反光图片，扫描重建数字图像只要文字数据能清晰辨认即可。扫描时应选取反光类型，灰度模式。由于各种化验单的色彩并无实际意义，故选择灰度模式比RGB 模式更能节省磁盘空间。

参考文献

[1]韩素芳，刘文强，姜昕明.云模式远程医疗服务平台设计[J].信息技术与标准化，2014（04）：21-24.

医学图像重建篇9

一、虚拟医学解剖实验概述

所谓虚拟医学解剖实验是指利用虚拟现实技术模拟解剖试验的过程，创建一种模拟现实环境的多维信息空间，通过这一空间获取与实际医学解剖实验接近或一致的信息。虚拟医学解剖实验的实现需要综合应用多种技术，包括计算机图形学技术、多媒体技术、人工智能技术、仿真技术、计算机网络技术、多传感技术、并行处理技术等。利用虚拟医学解剖实验室能够对虚拟的标本进行无限次的手术练习，且不受场地、温度等多种因素的限制。若制作的标本仿真度够高，还可用于大型医疗科研项目，其所具有的优越性是不可估量的。虚拟标本仿真度的高低主要由三维图像重建技术决定，因此三维图像重建技术是虚拟医学解剖实验的关键方法[5]。

二、虚拟医学解剖实验关键方法

—三维图像重建的原理三维图像重建这一词汇并不陌生，医疗领域的放射性检查中常应用这一词汇。所谓三维重建是指三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。该种技术主要依赖计算机和图像处理技术实现，是在计算机中建立、表达客观世界的关键性技术。三维图像重建技术在虚拟医学解剖实验中的应用需要基于LabView平台获取最佳应用效果。现阶段，大部分三维精确重建算法均是以FDK算法为基础算法进行计算得到的，重建原理结合图1进行分析。图1为锥束圆形的扫描轨迹，其中x轴、z轴、y轴分别用于描述扫描区域做标记，u轴和v轴用于描述探测器投影数据坐标系，t轴和s轴用于描述射线源坐标系。以z轴为旋转中心轴进行旋转，s轴会一直经过射线源的中心，并与探测器平面保持垂直关系。为了方便极端，根据集合比例将探测器投影数据转换为经过原点O的平面投影数据，基于FDK算法的三维图像重建需要进行滤波和反投影的计算。滤波的计算公式为：滤波=aa2+b+c姨d•h（e），其中a为射线源中心与原点之间的距离，b和c均为旋转角夼下的投影，d为旋转角夼下的滤波投影数据，h(e)为卷积函数。反投影计算公式为：反投影（f(x,y,z)=2π0乙u2P(p,q)a），其中(p,q)用于描述重建体素点在滤波投影平面上的反投影点位置。

三、三维图像重建技术的应用

三维图像重建技术的应用主要包括两部分，分别为建立虚拟模型和制作虚拟模型，以简单的形体为例，可直接建立整体的三维模型，然后对各个剖切面进行处理，形成一个复杂的组合体。之后借助三维CAD设计虚拟模型的各个部分。本文以人的手臂为例，分析三维图像重建技术的实际应用，具体步骤如下：（1）首先建立一个整体三维模型，然后以剖切面为界限对各个部分进行处理，分别创建组成部分。（2）完成模型建立后使用三维CAD设计软件的输出插件功能生成VRML文件，将三维模型建好后在三维CAD设计软件中应用输出插件导出1wrl格式的文件，与VRML问卷和HTML文件基本相似，并用文本文件对场景和链接进行描述。（3）在VRMLPad中打开查看上一步骤导出的源代码，使用VRMLPad自带的文件压缩功能对文件进行优化压缩，得到人体手臂三维模型。（4）应用VRML的设计交互功能，通过VRML的脚本节点Script对场景对象进行定义和改变。脚本节点Script包括一个Java文件，在脚本节点Script初始化时应用，当收到事件指令后将执行相应的函数，该函数能通过常规的机制发送事件指令或直接向脚本节点Script指向的节点发送事件，最终通过双击“shoubi.1wrl”文件，之后可借助VRML浏览器浏览“shoubi.1wrl”文件。至此，完成了三维图像重建技术在虚拟医学解剖实验中的一次应用。

四、结论

综上所述，三维图像重建技术作为虚拟医学解剖实验的关键方法，能够将大量解剖学知识直接表现出来，使抽象的解剖学概念更加直观化、形象化，不仅能够节约昂贵的实验动物和人体标本，还能提高解剖实验过程的灵活性，避免真实解剖实验研究过程中存在的风险事件。但其也存在一些应用弊端，如在解剖实验教学中的应用，可能会导致学生缺乏对解剖基本技能的重视，忽视相关仪器的使用规范。因此，建议我国医疗领域和高等医学院校合理应用该项技术。

作者:张雷 李斌 单位:张家口学院

参考文献

医学图像重建篇10

1 PACS系统概述

1.1 PACS组成 以高速计算机和网络设备为基础，联接各种影像设备和相关科室数字资源，采用大容量磁、光或混合存储技术，以数字化的方式存储、管理、传送和显示医学影像及其相关信息，具有影像质量高、图像储量大，存储、传输和复制无失真、传送迅速、影像资料可共享等技术特点，是实现医学影像信息数字化管理的重要条件。

1.2通讯连接 影像通讯连接医学数字成像和通讯标准。我院的PACS系统实施方案是，对于标准的DICOM设备，PACS可以直接进行影像的采集、传输和存储；对于非DICOM3.0的数字设备，可以采用数字网关产品，将其原图像文件转换为DICOM3.0A标准的图像进行处理；对于既非DICOM，又非数字化的设备（既视频设备）可以采用视频网关产品，将其转换为DICOM3.0A标准的图像进行处理再传送至PACS服务器完成归档存储过程。

1.3 PACS数据云存储 综合性医疗机构每天会产生上百个GB的影像数据，传统的PACS系统资料存储在本地磁盘或光盘，代价高昂，容易造成数据丢失，不宜于使用、维护。

云存储的出现为医疗机构处理海量影像数据提供了新的思路。通过将海量PACS数据存储于云端，可以极大地降低数据管理维护成本，有效解决医学影像数据存储问题。如何在开放的云端保护敏感的病人隐私和影像数据至关重要。服务器端的主要功能是对PACS云与公有云提供接口，并加密DICOM数据，将经典的AES加密算法应用到云存储。实现医疗机构和云服务器相互认证，对双方安全证书和身份进行鉴别，生成有效的虚拟视图，成功识别并链接后，医生或者医疗机构才可以通过API等应用程序和云服务进行数据通信。

2 PACS系统应用现状与展望

2.1区域医疗资源整合

2.1.1社区医疗资源整合 PACS系统正在卫生领域铺开，上海闵行区卫计委在2010～2012通过PACS平台，使社区-上级医院（区域诊断中心）间可以进行转诊CT/MRI等申请检查。通过提高影像科室信息化程度，实现了医院影像信息的共享，提升了工作效率的同时，指出PACS平台系统存在区域内上、下级医院间只能单向调阅的弊端，PACS系统硬件建设方面、普及方面不足[1-2]。

卫计委的学者们也期待通过发展PACS系统，借助更强大的后台操作系统，将尽可能多的检查及其报告数据，以及患者相关就诊记录或者用药历史等都能加入到此平台中，使一级、二级、三级医院都能平等使用、各区卫生系统之间也能跨区数据查询，真正实现资源共享。提高基层社区的医疗疾病诊断治愈率，减少误诊、漏诊率[3]。

2.1.2区域医疗集团远程会诊系统 2010年4月，常州市武进区卫生局组建了以武进人民医院为主体，26所镇（街道）卫生院（医院）为成员的武进医疗集团。集团内各成员单位的合作体现在技术合作、双向转诊、急诊急救、PACS远程会诊等方面。2010年8月，武进区PACS医学影像远程会诊正式投入运行，武进人民医院、武进中医院和26家乡镇医院实行全面联网，可以实现医学影像、检验、病理等信息资料远程共享。并通过在有条件的基层医院与中心医院之间推进HIS、LIS等集团信息化建设平台，建设委托医学临床检验平台（成立区域临床检验中心）、探索区域消毒物品集中供应平台，全面提高全区医疗单位临床诊治水平，实现集团内医疗资源的优化配置和有效利用[4]。

2.2医院内部建设影像存储与传输信息系统 有笔者根据医院实际情况，在影像科室局域PACS/RIS的基础上，利用Oracle数据库技术，读写SQL SERVER；并解决中文字符（双字节）乱码问题。实现PACS/RIS与HIS、EMRS的信息共享，全院电子病历客户端都能实时调阅影像资料及检查报告。同时由于网络带宽受限、某些科室IP与放射科局域网IP网段重合，会导致部分程序、图像运行故障[5]。

2.3基于pacs的医学影像教学模式

2.3.1 T-PACS T-PACS（Teaching PACS）第四军医大学唐都医院放射诊断科在2009年构建，拥有自主知识产权的教学PACS系统，在医学影像学实践、教学、结业考试中真正实现了无纸化考试。既方便教员进行影像试题库和理论试题库的建立与维护；避免了因学员字迹因素，导致的教员误判情况；避免了因胶片图像质量、光线、角度等原因导致的学员看不清图片等影响因素，同时使考试更加方便、保密；更实现了多人同时联网进行理论考试和阅片考试[6]。

2.3.2建立基于PACS的影像学资源库 浙江医学高等专科学，就应用PACS进行医学影像资源库的建设及基于PACS的医学影像资源库在教学中的应用做初步探讨和分析。以校园网为依托，采用B/S架构，应用组件中采用了先进的Web Service接口，图像采集与传输采用DICOM3.0接口标准，数据库采用Oracle11g，以主流的J2EE技术平台为基础进行开发。资源库的建设分为检索学习模块、备课教学模块、测试考核模块、资源库维护模块及用户管理模块等5个功能模块，检索学习模块具有与医院PACS系统类似的检索浏览功能，可以通过检查方法、检查部位、疾病名称等检索词，快捷地检索出相关的影像信息，并可以对图像进行处理；备课教学模块用于教师的备课和课堂教学；测试考核模块实现在线自我检测、试卷自动生成等功能；资源库维护模块通过对医院的PACS数据进行系统筛选和整理，建立系统的、全面的教学专用影像数据库；用户管理模块对学生、教师及其他人员等用户的信息进行维护。

3结论

PACS系统基于现代计算机和网络通讯技术，以数字化方式获取、管理、应用和共享医学影像和诊断信息，使包括影像在内的各种患者信息完全以电子化的方式在医疗机构中实现高效的管理和交流。特别是有别于目前的胶片方式保存图像，影像质量传送过程中几乎没有损失。作为传统医学影像设备功能的系统化、网络化升级及传统胶片的替代品，PACS解决了不同厂商、不同物理来源的医学影像设备间影像数据的共享、通讯和存档问题，为实现图像数字化管理而用于放射科、医院或医院间的图像信息管理系统。

参考文献：

[1]杨小庆，杨明，刘斌，等.医学影像图像存储与传输系统在医学影像学教学中的应用[J].中华医学教育杂志，2007，27（4）：61-63.

[2]翁哲芳，朱文彬，诸光花.PACS系统在江川社区卫生服务中心伤科中的临床应用[J].中国社区医师，2015，31（20）：168-169.

[3]陈立新，赵伟江，金琼英，等.浙江省PACS临床应用调查和分析[J].中国医院，2010，14（8）：29-31.

医学图像重建篇11

迄今为止，在呼吸道三维重建这一领域，国内外已有不少研究人员从事有关这方面的模型研究。有很多研究运用不同的方法获得人体呼吸道的三维模型,Cheng 等用硅胶树脂材料，按照某志愿者的呼吸道尺寸建立了一个上呼吸道三维模型，并进行了实验研究；Gragic 等用计算机X 射线断层摄影技术(computed tomography scans, CT)对人体呼吸道进行数据采集，并观察了活体正常的呼吸状况，建立了另外一种呼吸道三维几何模型；Tawhai 等根据多层螺旋X 射线断层成像（Multi-Detector-Row Computed Tomography，简称MDCT）技术采集的人体呼吸道数据，重建了人体下呼吸道三维模型；但是在建立下呼吸道气管、支气管的几何模型上应用最广泛的是Weibel 提出的模型A。本文打算探索一种有利于人体下呼吸道呼吸生物力学有限元数值模型研究的重建方法。利用中国数字人体断层切片的部分数据集, 对于人体下呼吸道的三维重建做出积极的探索, 也为将来进行其他组织、器官的三维重建做出积极的探索。

2 材料与方法人体下呼吸道三维重建的原始数据资料来自第三军医大学可视化人体研究实验室所采集的可视化人体（CHV）中呼吸道气管、支气管部分数据集，以数据集中包括从咽喉到肺部切片范围的断层数据作为重建的数据来源，利用二维图像处理软件Adobe Photoshop 和医学图像处理软件Mimics（Mimics 是Materialise 公司的交互式的医学影像控制系统，即为Materiaise’s interactive medical image control system）来进行模型重建。 2.2 方法2.2.1 下呼吸道气管、支气管的分割将原始数据转入Adobe Photoshop 中，根据呼吸系统的解剖学知识，将每张断面图中属于下呼吸道气管、支气管的组织划分出来。为保证图像划分的客观性与准确性，在分割前采用印刷行业的屏幕颜色校准方法进行颜色标准统一，避免显示设备差异带来的分割误差。

最后进行色彩模式转化，将划分好以后的断面切片图像的RGBA 色彩模式色彩模式转化为灰度图，并保存。

2.2.1 建立人体下呼吸道三维模型把所有处理好的图像资料以文件集形式导入医学图像处理软件Materialise 公司的 Mimics软件中，为导入图像资料之后，分别显示的下呼吸道气管3 个正交断面的二维数据序列，分别是冠状图、矢状图、横断图。

将图像资料导入Mimics 软件便生成呼吸道气管、支气管的原始蒙罩图像，接着运用阈值选取技术、三维区域增长技术获得新蒙罩（以绿色显示）。在三维实体（3D Object）菜单栏中导入新生成的蒙罩并加以运算，随后在三维区域增长技术的基础上将所选取的阈值范围内的相邻像素连接而重组成图像，就得到了人体下呼吸道三维模型。其中在The Calculate3D 界面为了修补图像，选取更适用于医学图像处理的轮廓内插法，通过减少矩阵、表面光滑、边减少、三角形的减少等方式以提高生成三维实体模型的质量。

3 结果利用中国数字人人体断层切片数据得到了下呼吸道的三维模型，真实地再现了下呼吸道气管、支气管的解剖形态，建立的人体下呼吸道三维实体模型形态逼真，可移动或旋转、放大或缩小、平面切割等多种方式显示，任意角度观察。人体下呼吸道三维模型的正面、侧面和俯视等方位的形态。

4 讨论利用人体断层切片数据集，通过医学图像处理软件Mimics 重新建立的真实的人体下呼吸道三维模型，较其他方法得到的模型更能够真实的反应出人体下呼吸道的形态，尤其能够反映出气道的厚度，这是用其他方法得到的下呼吸道三维模型重建不能够反映出来的。运用这种方法获得的人体下呼吸道的三维模型可从任意角度对模型进行整体或者局部的三维显示，模型可以进行任意分割、复制和存储。利用医学图像处理软件Mimics 建立三维模型进行编辑后可以输出多种三维模型格式，如CAD(计算机辅助设计)、FEA（有限元分析）、RP（快速成型）格式，可以再计算机上进行大规模数据的转换处理，这样就方便了利用其他分析软件赋予人体的物理特性，模拟人的呼吸状况和对人体下呼吸道进行力学分析，从而把人体下呼吸道模型从一个解剖模型转变为一个物理模型。Mimics 的功能模块以及模块之间的关系所示。

虽然运用这种方法获得的人体下呼吸道的三维模型与其他方法得到的模型相比有许多优点，但它也有很多不足之处。由于人体呼吸道解剖结构比较复杂而且精细，根据呼吸系统解剖学知识对人体切片数据进行人工手动分割，存在一定视觉误差，从而导致呼吸道管壁的厚度不是十分精确。真实的人体下呼吸道气管、支气管中是存在软骨环的，由于图像处理技术有限，这些软骨环在三维重建后的模型中没有能够体现出来。

医学图像重建篇12

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）19-4506-03

Matlab在图像处理方面的功能十分强大，运用Matlab处理医学图像时，可以加快医学图像处理的效率，大大降低医学图像的处理时间。同时，临床工程师可根据临床医生的诊断要求，在Matlab中建立适当的医学图像处理函数，以满足临床医生对于医学图像处理的需求。通过Visual C++，临床工程师可根据其自身需要，编辑相应的源代码，即可方便以后的医学图像（如：特定的器官，血管）处理，同时对医院信息系统的底层的硬件、软件进行数据管理与交换。当将Visual C++与Matlab二者相结合，则不仅仅可以提高医学图像的处理的效率，更大大提高了对医院信息系统的管理。通过Visual C++中相应程序语言的使用，调用Matlab工具箱中的图像处理函数，对医学图像进行的混合编程处理，达到对医学图像在生物医学中应用的最终目的[[1]]。

在一般的医学图像采集系统中，关于医学图像的获取，主要采用X胶片数字化技术、计算机断层扫描等技术获得数字化医学图像，在本文中对生物医学影像获取方面不进行过多的介绍[[2]]。一般地，将获取的医学图像，应用C语言与Matlab程序，对相应的图像数据进行二次处理，得到较为理想的医学图像数据，进行辅助诊疗（此方法可在Picture Achiving and communication System（PACS）影像后处理站无法正常运行时，代替其正常处理医学图像数据）。首先在应用Matlab软件处理医学图像时，我们利用reshape将医学图像生成多维数组，对其进行相应的操作处理。由于Matlab允许用户自行定义函数，这就方便我们建立函数，对医学图像进行处理（如：数字减影）。该文提出通过用Matlab自身的mcc与mBuild工具，对源程序（库函数）进行编译处理，即可得到Visual C++的源代码文件即*.cpp和*.hpp文件，此时将生成的源代码文件再应用于应用程序代码中，便可保证将Matlab中的mcc和mBuild工具所生成的代码进行重新利用，达到通过Visual C++便可以调用MATLAB的库函数和其图形库的目的。调用简单，也可以保证在没有MATLAB安装环境的支持下，仍可继续运用。其缺点是所能转化的库函数有限，不能将之广泛的应用。

1 系统设计

1.1 编程环境设置

医学图像重建篇13

医学图像归档以及通信系统已经成为了医学图像领域的重要技术手段，并且已经成为了医学的研究重要方向。该技术是时展的要求，是新技术不断完善的必然结果。

一、医学图像归档以及通信系统的重要性

随着科学技术的不断进步，医学领域可以选择的技术措施越来越多，这也促进了医学领域的发展，医学图像的归档与通信系统的发展对于提高医院工作效率有了很大的帮助。随着各种新型的医学影像技术的发展和出现，比如我们常见的CT、MRI、DSA等，这给我们的医疗工作提供了非常好的支持，使医疗工作更为快速有效。然而，在医学图像技术的不断发展过程中也带来了一些挑战，比如日常工作中会出现非常多的图像，而如何有效、合理地处理好这些图像，将这些图像科学地存储与管理成为了一个难题。为此，医院充分认识到了通信系统的巨大作用，通过借助计算机技术，能够使这些繁琐的工作可以得到有效管理，进而提高医院的管理水平。

因此，有效利用网络技术，建立完善的通讯系统，实现医院各部门间以及各医院间的快速交流和信息资源共享，是医学发展的趋势。只有这样，才能更为有效地利用和管理医学图像，进而提高医院的管理效率和工作效率。

二、医学通讯系统相关问题的探讨

医学通讯系统对医院管理与交流有着非常重要的作用，进一步完善通讯系统，加强对医学图像的管理，是医院管理发展的趋势。具体说来，医院通讯系统的发展未来应考虑以下问题：（1）使通讯系统更加标准化。想要更好地管理医院，加强对医学图像的管理并加强交流，通讯系统的标准化是未来发展的趋势。目前，国际上并没有一个统一的通讯系统标准。因此，医院在完善通讯系统时要加大研发力度，而不是仅仅强调系统要符合某一个标准。医院应致力于设计出好的方案来，要充分利用现有的计算机主机、外部设备、网络设备及所需的系统软件，然后将这些技术充分利用，开发出颇具特色的应用软件，以此来加强对医学图像的管理，并实现医学图像以及其他资源的共享，为医院的发展提供必要的支持。（2）完善图像压缩技术。很多图片的数据容量都是非常大的，这就给图像的存储工作与传输工作带来了非常大的不便。为此，进一步完善图像压缩技术是必然的趋势。想要完善图像的压缩技术，首先需要对压缩技术有一定的了解，一般而言，数据压缩技术有两类：无失真压缩和有失真压缩。无失真压缩虽然能够保证压缩图片的质量，但是压缩比却是非常有限的。有失真压缩可以很大程度上将图片进行压缩，但是却会造成医学图像的失真。只有保证在一定的压缩比内，才能尽可能地保证压缩图像的质量。再完善图像压缩时，一定要加强对压缩比的管理和控制，从而提高压缩图像的质量。除此之外，医院在对医学图像进行压缩时，还要进行有效的理论分析，定量计算失真度来确定压缩比，并要通过统计实验来加强对压缩或未经压缩影像的同一病变作出判断，并依据病变检出率确定压缩比。与此同时，医院还应该充分利用计算机系统，加强对网络的利用率，通过利用通讯系统来加强对图像压缩的管理。（3）重视对图片分辨率的管理。通讯系统的显示分辨率是非常重要的问题，管理人员千万不要将通讯系统的分辨率图形与图形工作站显示器的分辨率混为一谈。由于图像的类别和来源是有所不同的，这造成了图片分辨率的不同。事实上，显示和传输并不改变图像的分辨率。图像的显示器仅仅是用来观察和显示图像的。当显示器的分辨率高时，图像的尺寸就会相应地变大，然而这也同时增加了成本。因此，在实际工作中完全不必追求过高的显示器分辨率。一般情况下，1280×1024点及17 in以上的显示器就可以达到通讯系统的图像显示要求。

结论：医学图像和通讯系统对医学领域的重要性越来越大，医学图像是医疗工作中重要的资料，对医疗工作的正常进行起着关键性的作用。因此，医院应该加强对医学图像的管理，使其更加科学、规范，并要充分利用网络资源，运用通讯系统来加强管理，使医疗工作可以更好地进行。

参考文献