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深圳大学信息工程学院纪震 DSP技术在医学影像处理中的应用The Applications of DSP Technology in Medical Imaging 纪震博士、副教授 Dr.Ji Zhen, Associate Prof. Faculty of Information Engineering, SZU 2002.4.21 DSP技术 Digital Signal Processing（数字信号处理） 里程碑：Fast Fourier Transform (FFT)算法 DSP技术的应用 消费类电子产品 通讯产品（移动通信的基站、手机、视频电话） 视频产品（VCD、DVD、MP3播放器） 医疗设备 医学影像设备 医学影像设备 投影X射线系统 B超 CT (Computer Tomography,计算机断层成像) MRI (Magnetic Resonance Imaging,磁共振成像) DSA （Digital Subtraction Angiography数字减影） 医学影像设备 医学影像设备 投影X射线系统 1895年伦琴发现了X射线 1896年，英国利用X射线进行手术 放射性，成像时图象重叠 投影X射线系统 放射电流与电压 投影X射线系统 CT CT CT CT MRI MRI B超 B超 DSA DSA DSA DSA DSA DSA 数字图象递归滤波器 利用视频图像相邻帧的高相关性，图象信号中噪声的随机性，对图象信号作帧周期上的平均处理，即递归滤波。可以减少噪声功率能量，而对图像本身的信息却几乎没有任何影响，从而改善信噪比。 数字图象递归滤波器 视频图像是以快速的帧周期重复，在一秒钟之内，要在现24幅图像，才不会给人视觉上的闪烁感觉，这样视频图像的帧相关系数将高达80%，即相邻的图像信息有80%以上是相同的，而图像信号中的噪声却具有随机特性，因此若对图像信号作帧周期上的平均处理，则可以减少噪声的功率能量，而对图象本身的信号信息几乎没有任何影响，这样便可改善信噪比。可想而知，对静止图象或变化缓慢的图像而言，参加平均处理的帧图像越多，信噪比就越好。所以常采用多帧延时的非递归滤波器对图象进行平均处理， 数字图象递归滤波器 数字图象递归滤波器 * * 10 1 0.1 分辨率LP/mm 5 2 X线成像 CT 0.5 MRI B超 0.2 影像增强器－电视系统 （数字X射线成象） 1972年英国Hounsfield公布了计算机断层成像的结果，79年获得诺贝尔奖。 数学基础 Radon变换（奥地利）和二维FFT I0 I L 1000 0 -1000 CT 700 400 骨800 钙化组织600 -400 血块40-60 软组织35 血液12 脂肪0-100 空气-1000 -700 水0 第四代CT 第四代CT 第三代CT 第二代CT 第一代CT 扫描时间 125~150s 5~20s 2.5~10s 1~5s 1973年美国Lauterbur研究二维核磁共振成像，80年出现了产品。 对人体无创、无辐射，可以功能成像。 不用注射造影剂就可以显示血管影像。 对人体无创、无辐射，适用心脏或者腹部成像。 分为A、B、M、C型 80年代末出现了彩色血流B超(Color Flow Mapping),利用了多普勒效应。 B型超声 介入治疗 Interventional Treatment 数字减影 Digital Subtraction Angiography DSA是在80年代发展起来的一种医学影像新技术。在1923年首次有人在人体上作了血管造影检查，30年代则有了心脏的X线造影和经腰部穿刺动脉造影。 传统的血管造影术有一个问题难以解决：要检查某部位时，特别是身体较厚、骨骼结构较多、较复杂的部位（如头颈部、胸部等处），往往由于肌肉、骨骼、内脏互相重叠，以至使得要检查的血管影像模糊不清，影响了诊断的准确性。医学专家为了寻找一种操作简单、对病人安全、影像显示清楚的血管造影方法。早在30年代，就有人提出底片减影法，它是利用正负底片相叠的方法 来消除背景。 数字减影血管造影术，是把计算机数字化能力与常规X线成象和透视装置结合起来的一种血管造影检查新方法。这种检查方法的程序是：在血管造影之前，先拍摄一张检查部位的X光片，称为掩模像，又称为蒙片（Mask Image）。然后经动脉或静脉注射造影剂，再拍一张同一部位血管造影的X光片，这称为造影像，又称为盈片（Live Image）。这两张像通过X线影像增强系统，把所形成的图象视频信号转化为数字信号，存入相应的盈片和蒙片存储器里，经过减法器进行图象相减，就能够得到一幅清晰的、造影剂标识出