核医学计算机及其应用

核医学计算机及其应用

计算机与医学影像的关系

•医学成像技术

-Y照相机

-SPECT

-PET

•医学图像处理技术

-图像增强

'-图像分割和特征提取

-图像后处理？

•尚未完成的任务

-数字核医学图像的采集和处理

计算机原理

•硬件

-计算机中的可见部件

•CPU、内存、硬盘/软盘

放射性药物

分子水平的器官

功能

■放射性活度

•矩阵(Matrix)

•像素(Pixel=2364

PictureElement)

•图像显示:将放射性1967

活度与不同的亮度或颜SUM

色对应，在图像显示设overnpixels

备展示inregion

•功能图像

矩阵大小与图像分辨率（1）

矩阵大小与图像分辨率（2）

・矩阵大小的选择依据

-一般原则

•像素宽度必须小于FWHM的1/2

.-Y照相机、SPECT

•像素宽度必须小于FWHM的1/3

-像素过小并不能增加图像分辨率

像素尺寸

•计算

-条件：方形、圆形视野将方形矩阵完整填充

.-像素尺寸=视野直径/矩阵行数.

-用于粗略估计

♦测量

二-方法：制备两个点源并采集图像

-—像素尺寸=两点源间物理距离/点源相距像素数

--用于实际（距离、面积测量）

•像素面积

像素深度

图像模式

­字节模式

-每像素最大计数=255

•字模式

-每像素最大计数=65535

•图像模式(ImageMode)

-字节模式

-字模式

TO

,矩阵1X3矩阵4X3

8bit深16bx深

图6-9字节模式和字模式的区别

相关问题讨论

•问题

-图像所需存储空间（例如，64X64矩阵，字

节模式图像）

-矩阵大小改变对像素中放射性计数的影响

（例如，原来某一像素中的计数为100,矩

阵扩大一倍后，这100个计数放在哪里？）

一-图像模拟放大对像素中放射性计数的影响

•结论

核医学图像采集接口组成

•复习：丫照相机输出的信号及其特点

•输入

-采用模拟-数字转换器

-获取图像

•输出

-多采用数字-模拟转换

-采集参数

-运动指令

•模拟放大器

-图像模拟放大

图像采集的基本原理（1）

Mulnx(XJ.YJ)PreviousMatrix(Xj.Yi)I

图像采集的基本原理（2）

•方式

-帧模式

•直观

•存储空间小

-列表模式

•灵活

•存储空间大

•要点

-按闪烁事件出现的先后顺序逐次采集。

图像显示（1）

图像显示（2）

•计数与颜色对应

Alzheimer'sDiseaseNormalimagesindifferentcolorscales：Mid-Thalamicplane

Iii

Brigham&Women'sHospitalHarvardMedicalSchoolBrigham&Women'sHospitalHarvardMedicalSchool

•计数与亮度或颜色对应关系统称为色表

图像存储

•图像作为计算机文件存储二

-内容

■图像数据

•非图像数据

-病人姓名、性别、医生、矩阵大小...

-通用图像格式(JPEG,GIF...)

•非图像数据如何保存？

-InterFile文件格式

•核医学专用

-DICOM文件格式

•医学影像通用

-关于厂家专用格式(讨论、结论)

图像传输

•图像作为文件传输■

—计算机网络：

•FTP(FileTransferProtocol)

•网络上传和下载

•电子邮件

-PACS(PictureArchivingand

CommunicationSystem)

数字化存储和传输的优势和缺点

•长期保存

•远程医学

•更多（讨论）

图像采集

□

静态图像(StaticImaging)

目的：

-当体内核素分布不变化或可以认为不变化时采用

,-多次静态显像可以观察核素分布的动态变化

-用于观察被检器官的位置、形态、大小和放射性分

布情况(如正常、增高、降低、或缺如)

静态图像采集条件和分析工具

•图像分辨率

-高分辨率准直器

-尽可能大的图像矩阵

-图像模拟放大

•采集结束方法

--定数

-定时

—手动

•分析工具

-变换色表

-调整显示窗位和窗宽

-ROI

动态显像(DynamicImaging)

目的：

•以预定的时间间隔自动地、连续地采集图像

・动态图像用于核素分布的连续变化，或获得器

官的时间-计数曲线以计算功能参数。

动态图像采集条件

•兼顾图像分辨率和每帧图像的计数

-通用或高灵敏度准直器

-适当的矩阵大小和帧时间

-必要时先用列表模式采集，然后重组为帧模

式图像

动态图像分析工具(1)

•全部帧显示(AllFrames)

动态图像分析工具（2）

•单帧和电影模式显示

8HHT

全身扫描

目的：观察全身的放射性核素分布

-探头或床连续运动

-图像拼接

全身扫描采集条件

•分辨率和总计数

-准直器

-扫描速度

•讨论

-拼接方式和连续方式中的X,Y位置信号幅度

如何改变？

多门控动态显像

对周期性的过程，可以采用多个周期内相同时相

的动态图像相加的办法，提高综合图像的计数。周期的

开始时刻为生理信号（如心电R波）为标志。

周期1周期2

多门控动态方式

多门控动态显像采集条件和分析工具

•特殊的动态图像

——分辨率？

—总计数

.-采集时间■

•分析工具

-与动态图像相同

-其它

核医学常用图像处理

感兴趣区分析（1）

-目的：获得总计数、平均计数、最大计数、

区域内像素数目、区域面积等

-注意事项：区域封闭性□ono

0

2400counts/minute/mloftissue

_2364

I/T呼。

/Tl11967

overnpixels

0inregion

感兴趣区分析(2)

•本底扣除:Nos(i)=No(i)-(Po/Pb)Nb(i)

感兴趣区分析（3）

•时间-放射性曲线（时间-计数曲线）

•注意事项（1）

-区域一致

时间。

感兴趣区分析（4）

•时间-放射性曲线-

•注意事项（2）；

-时间分组

u

un

」

」&

X

Jan

E2.0

u

I.OxIO*

0

020406080IOO120

Frame

Figure5:Time-activitycurvesforthe4regionsorinterestInFigure4.

(CurveshavenolbeennormaUsedfornumberofpixel”

“Thisstudyconsistsof102frames.Thefirst40frameswereacquiredat1frame

persecondlandtheremaining62frames加Iframeper20seconds."

图像算术运算（1）

•图像的加、减、乘、除

-对应像素间的运算

-例（1）图像相减

图像算术运算（2）

-例（2）图像相减

-讨论：图像相加的意义何在?

Figure.8

I,hcend-diastolicinia^cfromaIegatedcardiacbhx»dpoolstudy(left),

andthestrokevolumeimagrobtainedfr<nnthisimage(ri^hl)

图像平滑与滤波（1）

・空间域（1）

-平滑模板（卷积核，滤波器核）

图像平滑与滤波（2）

•空间域（2）

-卷积

=04i57H-24,l48^5l+4CH42Hi43^42+40+47iiyi6=47.6

oo0

———■,■■・•■

«»4-1.6心

u45.U41J4i.yu

：474441{44V)0

originalimagevalueslllteredimagevalues

图像平滑与滤波(3)

•空间域(3)

-图像示例

图像平滑与滤波(4)

•空间域(4)

•问题：如何选择模板及平滑次数?

IAAI

■IIIII

原图平滑适当平滑过度

图像平滑与滤波（5）

•频率域表示方法：用幅度与频率的关系描述事物

Spatialfrequency=noofcycles/distance

X

Amplitude(A)...z.r...Amplitude(A)

n•A；

,f

,;•,:••

---------------fivquency(f)

distance(d)orlime(t)

OriginalCurve

hgnmplilude

frequency

u

np

&u

cu

hmMfnpUtudu

lii2h(rcqucnv)

0.6

distance(ortime.FrcijucnQ(fi

图像平滑与滤波（6）

•傅里叶变换（FOURIERTRANSFORMS）

■-傅里叶（正）变换将空间域分布变为频率域

-傅里叶反变换将频率域分布变为空间域分布

-空间域分布和频率域分布完全等价

FonvanlJ(H.V>=jJ〃(尤

+，-hx>

)

Inversea(x.v)=—T|jJO/.vie(Italy

4H

-M>

图像平滑与滤波(8)

•傅里叶变换示例(2)

-距离反比函数的傅里叶变换是频率反比函数

11

"f

FT

图像平滑与滤波(9)

•傅里叶变换示例(3)

-理想点源的傅里叶变换