北京生物医学工程年第卷第期·】·三维医学图象及其应用水南大学生物医学工程系岁二氏三维医学图象的特点及其图象获取图象作为诊断和治疗规划的工具振层析图象戈体组织器官的形态信息,在现代医学临床中己必不可少、。从人一线透视列核磁只、为医生提供了各种不同的诊断信息、。线透视、超声图象导以及核念而核医学图象包括单光子发射式和正子发射式共振图象不但提供人体组织器官的形态信息功能活动信息、而且还可以提供有关化学元索的分布协其生物,。然而在许多情况下过行定量的规划。。,亡夕凭二维图象提供的信息往往不能作出准确的诊断亦不能对治疗。这是因为我们是习惯于从三维空间观察和理解事物、圈此。需要从二维日象中提取三维信怠址早为三纷仁少七图象提取是用正今仍被广泛应川于响外科手术等源二维信息。侧位入线照片进行三约生间定位图象的出现,、这种定位技术至首先为真正的三维医学图象提供了图象可从里住图象集合中提取出许多一采用汁算机视觉旅图象处理技术和计算机图形学技术其中包括形状、体积、范围和某个沮织与其它结构的空间位说关系等。还可以三。维显示并模拟许多治疗或手术过程等供刊用的二维图象源有许多不同角反卜获取的、三维医学图象的获取可分为两种途径第一,、、’〕二维图象到三淮图象的转换或重建〔可一般地来说一只要它包含有三维物体的信息例如从几个,线触片〔。‘〕、,〕表面显微图象等断层序列〔。浪用特定的重建方法都可以亚皮三维图象可扩展二淮京理,第二、“〕三维数据的直按获取〔采用银状射线束和多列接收器阵列,由三维重建算法。则可获得一定厚度的。图象而不是’断层。这相当于数个相邻断层的叠加这种方法称为三维成象技术。,其优点是可以高速获取三续图,象,七其适困于动态结构如心脏的检查等采用这种原理美国研究小组已研制出动态空问重建系统丈可以视频速度获取厘米见方的体积数据〔〕刊用核可快速滋共振成象装置可直按获取三维数据。,通过改变梯度磁场的使用和射频脉冲形式。‘获取体积数据〔〕近卜多年来一三堆医学图象的研究进展十分迅速色包括两方血娜第一、三淮图象的。数据获取和分析及三维信息的提取和显示第二、三维医学图象的临床应用研究三维图象的分析处理及显示三维图象由分析处理的目的是从三维图象数据中提取出所需的三维信急如某个组织区‘。域的形状、范围大小、其空同置位以及与相邻组织的空见夭系、’址反显万和才叮、处理的方法内容包括区域分割特征提取和参量测皿川。三维图象显示在这里是一个义的用词。因为它包含三维信息的表示、描述和在二维显示器上就目前来说的显示。作者将不同的分析处理及表示方法按其显示方法来作如下分类讨论表面表示与显示表面表示是表示三维物体形状的最基本的方法之一息,,它可提供三维物体形状的全面信‘‘因此最先在医学图象中被采用。其具体形式有两种。边缘线表示和表面曲面表示图形显示。,。边缘线表示较为简单适用于由多个,其过程为边缘检测。边缘集合形成这种方法尤其断层叠加形成的三维图象在多结构情况下这种显示方式就不能满足要求。表面曲面表示包括两方面的方法检测出物体的表面脚数据。。“〕由边缘线重建表面曲面表示〔和从体元阵列中直接前者仅适用于由断层叠加情况,,,而后者更适用于直接获取的三维。因为边缘的检测是在每一个二维断层图象上进行,然后将所有断层上的物体边缘线上这种表示的点按每两个相邻边缘用小曲面或小平面来近似形式的显示可采用类似于边缘线显示示。以获得对物体表面的近似表示也可以用计算机图形学的方法获得有真实感的表面显,从体元阵列形式的三维数据中直接检测某个组织区域或结构的表面。则是采用多维边界‘‘〕它利用从二维图象中边缘检测方法的扩展而来的体元的相邻关系将体元检测方法来实现〔阵列表示转换为一种直接和快速。一树,表面检测过程就转化为表面点检测算子的走树过程〔一树,〕。检测结果也是一个简化的变树叶数目的有利于表面数据压缩。这种表面形式的显示更为体积表示与直接显示在医学应用中察内部情况等三维图象数据,,要求直接迅速地选择某一个特定区域体积块。,或切开某个组织区域以观以体元阵列形式表示希望能实时或准时完成采用类似,,于是人们采用更直接的表示,。对于这种表示的图象显示可采用以下三种方法,加权投影同的加权因子集合线透视的原理方法将三维体积投射到一个图象平面上。,其上每个象素对应每条投影线同观察角度下的图象〔〕。其亮度与在该投影线上的体元值加权之和成正比通过选择不,便可显示出不同的组织结构通过选择图象平面的空间位置,可显示不伪彩色编码对每个给定灰度范围内体元赋给一定的色彩,从而将体元阵列分割为。具有不同色彩的区域到给定的图象面上,然后按断层面将其投影在一个给定的图象平面上阁沿投影线方向从前到后〕,,二值图象显示〔〕按给定的要求将感兴趣区域分割出来投影线上所有体元而对另一投影线作同样处理以及其在不同观察角度下的图象〔。。然后将该体元子阵列投影,如果相应的象已由某个亮度值定义改变感兴趣区和图象平面,则舍去该可显示不同结构三维参量的测量计算空间坐标系中,,在上述的表示中是直接的,,这是因为三维图象定义于某个特定的。尤其是体元表示,体积和面积的计算只是一个简单的计数用于三维医学信息的提取计算机视觉技术数据,如立体视觉技术等〕。从两个或两个以上角度的血管造影照片来重建血管进而重建和显示表面,对表面显微图象进行变焦距获取以获得表示整个表面的三维医学临床中的应用三维图象提供的信息在许多临床诊断和治疗应用中十分有用疗、。例如在外科手术、故射治修复外科等方面,有关病变区域的空间位置、范围及其与周围组织的关系等都必须有,一个准确的定量分析。三维医学图象是一个新兴的学科人们已在其分析处理方法上做了大量的研究工作。目前人们的兴趣转到实用系统的研制和医学临床应用方面来求和三维医学图象系统能提供的功用做一个简单的介绍作者对一些典型应用所提出的要。。外科应用。尤其是神经外科,对病变区的空间参量的定量描述要求很高。手术规划而要对手术区域各组织区进行的显示与操作现的问题模拟一个复杂的手术过程以预测手术中可能出例如在脑外科手术中一个较完善的三维系统能满足这些要求可由一次较完整均对病人脑部的三、维图象表示检查提供以及对其显示与操作包括选择病变区及其空问定位和范围计算等可省去手术过程中多次反复采用其它图象手段来达到定位。。复查等目的从而加快手术过程并提高手术成功率〔〕放射治疗应用兑对实质三维技术对放疗计划尤其有用。在放疗中、,许多因素必须综合起来以求得在靶区获得一个最大的均匀的照射量而其周围的正常组织受照射尽可能小特别要避。一些敏感组织如脊堆的照射放疗计划包括病变区定位一齐鼠优化安排和监视、这些在都是在三维空间进行的、。三维图象系统首先为病变区的准确定位其范围定量描述,边界表而和与相邻组织关系的确定提供了有用的工具与剂量分析系统相结合、便可达到对放疗的全而计划高安全系数。莫拟显示和计划优化的目的。从而提高治疗效率一减少重复次数和提三维图象技术结合自动控制的治疗装置为以」两种应用提供’更进一步的发展前景手术机械手·用于手术和功检放疗的计算机控制自动化。这些都可由计算机对在同一坐标空的墓本间中定义的数据进行处理并以此控制治疗装置来达到修复和正骨外科应用功能、这此应用中往往要求二维图象系统具有采用人机交住方式显尔和修改讨破损器官骨骼和容等的修补部分挑选最满意的方案这吸往往利用人体器官的对称性从末被破损部分推断出已破损部位的原来形状具有斗功能的三维系统还可用于瑕技的没计与制造孜学和研究应用人体器官组织的三维显示提供了其位谈关系和形态的直观表示利用人讥交互功能可模拟诊断和治疗的过程从而大大地方便犷医学教学和研究。三维医学图象的发展前景于它的实际应用和潜在应用三维医学图象发展很快。算机视觉和图象处理的三维重建系统。、、计算机图形学和人在其方法理论方而包括了计日能等方而的内容对于各种不同的图象源数据在实用系统方画采用已出现了一些实验室。分析和显示只、提出了许多算法和系统法国另外如美国大学的三维实时工作站个处理单元进行并列处理。。使图象显示与操作可实时进行可重组并显示脑血管的三维图象第一大学正在研制三平面脑皿管造影系统他们还在进行放疗了准计划系统的研制。实用系统的研制分为两个方向三维信息的提取和运用一份用系统和通用系统一专川系统于某种特定应川采用专家系统指导从而提高了在支领哦的从川炊书一般川途的系统则适合于备种棋
三维医学图象及其应用_
