第 10 章 医学图像后处理技术

1. 第10章 医学图像后处理技术

2. 10.1.1 图像的调用与观察 • 图像的调用 在查询对话框中，多种条件中进行组合查询

3. 查询条件设置完成后，选择“查询”按钮，在屏幕上会显示所有满足条件的患者影像信息，此时还可以分别依据详细资料与大图标两种方式进行查看， • 然后用鼠标选择欲处理的患者影像，双击鼠标即可进入图像后处理软件界面以进行下一步的后处理操作。

4. 2.图像查看方式 • 选择屏幕上方或者左侧工具栏上“页版式”命令设置图像查看方式，即在屏幕上显示不同数量的连续CT影像。

5. 选择屏幕上方工具栏中的“全屏”命令将某幅感兴趣的CT图像在整个屏幕上，选择屏幕上方工具栏中的“全屏”命令将某幅感兴趣的CT图像在整个屏幕上， • 选择菜单上的“信息”命令以去掉图像上的文字信息利于更好的观察图像

6. 3. 图像的定位线标识 • 选择屏幕上方工具栏中的“定位线”命令可以将人体组织与器官的平片图像与横截面图像有机结合进行观察。 • 图像的定位线标识功能可以使临床医生能够直观地获得每一幅图像的空间扫描位置。

7. 10.1.2图像的几何变换 几何变换包括缩放、旋转、镜像、平移、定位、裁剪等功能。 • 图像的放大与缩小 • 放大功能用于局部细致观察病变的形态结构，通常病变太小，肉眼可能难以分辨出来 • 缩小功能主要用于要观察病变整体形态

8. 2. 图像的旋转 • 图像的旋转功能是指为符合医生的常规观察习惯而对图像进行的角度变换 • 通过屏幕左侧工具栏的左旋、右旋与翻转命令对图像做向左或向右不同角度的旋转。 原始图像 图像旋转 图像翻转

9. 10.1.3 调整图像显示效果 1. 图像平滑 图像在采样与传输过程中，由于传输信道、采样系统质量较差，或受各种干扰的影响，而造成图像毛糙，此时可以对图像进行平滑处理。 图像平滑处理也称为图像均匀处理，处理的原则是通过混合选区中像素的亮度来减少图像的杂色，即搜索像素选区的半径范围以查找亮度相近的像素，扔掉与相邻像素差异太大的像素，并用搜索到的像素的中间亮度值替换中心像素

10. 图像平滑处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“均匀”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像平滑效果。图像平滑处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“均匀”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像平滑效果。

11. 2. 图像锐化 图像经转换或传输后，质量可能下降，难免有些模糊。可以对图像进行锐化，加强图像轮廓，降低模糊度，使图像清晰。 锐化的原则是按指定的阈值查找值不同于周围像素的像素，并增加像素之间的对比度。因此，经过图像锐化处理后，较浅的像素变得更亮，较暗的像素变得更暗，

12. 图像锐化处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“锐化”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像锐化效果。图像锐化处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“锐化”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像锐化效果。

13. 3. 浮雕效果 图像后处理过程中，还可以通过调节浮雕效果以满足对图像轮廓与边界的特殊观察 选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“浮雕”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像浮雕效果。

14. 4. 图像的负片 图像的负片是经曝光和显影加工后得到的影像，其明暗与被摄体相反。负片需经印放在照片上才还原为正片。在X光成像中，影像的明暗常与透过光的多少有关，透过多的则黑，少的则白。通常在冲洗后的X光片上显示的黑白图象称为正片，而在透视上图象的黑白度将与X光照片相反，叫负片。负片适用于观察肺内的血管或者小的高密度病灶等结构。

15. 选择需要进行反相处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“反白”按钮，就可以对反相后的图像效果进行观察。

16. 5. 图像增强 利用图像增强技术可以有效地突出图像的细节，改善图像的视觉效果，方便特征的提取。目前图像增强技术主要应用在X射线图片和CT影像等的处理。图像边缘增强的原则是：将选择好的图像感兴趣区域或边缘的像素值重新计算，得出一个新像素值，它所表示的灰度值与原像素值有明显的差异，如果像素的灰度显示为白（或亮），那么，新像素的灰度则显示为更白。反之，如果原像素的灰度值显示为黑（或暗），那么，新像素的灰度则显示为更黑。

17. 图像增强的作用是把人眼难以辨认的区域或轮廓增强，使其能清晰的显示毗邻的解剖关系或细微的组织结构，有利于发现细微病变。

18. 6. 伪彩色处理 伪彩色技术是对原图进行预处理，识别出属于不同性质的区域并赋予不同的色彩。伪彩色技术的原理是由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力强，因此把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率。从灰度图像生成一幅彩色图像可以仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我们会想到蓝色（冷色调），当温度较高的时候，会想到红色（暖色调）。可以根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射为蓝色、亮度高的影射为红色进行伪彩色处理。

19. 在图像后处理软件中，实现伪彩色的操作方法是选择需要进行处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“伪彩”按钮，在弹出的“动态影射”对话框中使用调色板与颜色掩码进行设置与观察在图像后处理软件中，实现伪彩色的操作方法是选择需要进行处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“伪彩”按钮，在弹出的“动态影射”对话框中使用调色板与颜色掩码进行设置与观察

20. 伪彩色技术不仅应用于CT图像，还可以应用于X光片、MRI、PET等诸多种类医学图像后处理技术中。如图，显示的是头部MRI伪彩色图像，其中a图显示的是头部MRI-T2WI像，b图与c图分别将不同的头部结构用不同的色彩表示，使结构观察更加清晰。伪彩色技术不仅应用于CT图像，还可以应用于X光片、MRI、PET等诸多种类医学图像后处理技术中。如图，显示的是头部MRI伪彩色图像，其中a图显示的是头部MRI-T2WI像，b图与c图分别将不同的头部结构用不同的色彩表示，使结构观察更加清晰。 a b c

21. c b a • 胸部X光片伪彩色图像，其中a图显示的是胸部原始图像，b图与c图为伪彩色图，增大了不同的结构间对比度，有利于观察与诊断。

22. 胸部CT片伪彩色图像，其中a图为CT原始图像，b图为骨骼伪彩色增强图像，c图为软组织伪彩色增强图像，d图为肺组织伪彩色增强图像，e图为最终图像。 a b c e d

23. 10.1.4窗宽与窗位 • 调窗技术的应用 在X射线检查中，以胸部X平片为例。如果感兴趣区在肺部，可缩小窗宽，调整窗位使肺纹理结构与肺野有良好的对比度，细节显示清晰。此时纵隔结构、心影重叠结构因亮度过高而细节显示不良。反之，如感兴趣区位于肋骨、胸椎，则可适当增大窗宽，连续调整窗位，使感兴趣部位的细节显示良好。 在CT检查中，窗宽是CT图像上显示的CT值范围。通常在CT值范围内的组织和病变均以不同的灰度显示，CT值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，无灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，无灰度差别。增大窗宽，则图像所示CT值范围加大，显示具有不同密度的组织结构增多，但各结构之间的灰度差别减少。减小窗宽，则显示具有不同密度的组织结构减少，然而各结构之间的灰度差别增加。

24. 2. 调窗技术的操作方法 在图像后处理软件中，调节窗宽与窗位方法包括如下两种： （1）选择需进行调窗处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中“窗”按钮，在弹出的脑窗、肺窗、骨窗、纵隔窗、软组织窗中进行选择。 （2）选择屏幕上方工具栏中“调窗”按钮，并使用鼠标在图像上拖动直接进行调窗操作。

25. 10.1.5 图像测量 图像测量主要目的是从图像中提取出对临床诊疗有用的定量信息。在二维图像中，可以测量距离、面积、角度并统计密度分布，如均值、方差和中值等信息；在三维图像模型中，可以测量两点间距离、曲线长度、角度、表面积和体积等信息。 图像测量的方法是：选择图像后处理软件菜单栏上“标识/测量”命令，屏幕左侧工具栏变成图像标识与测量的相关选项。

26. 1. 长度与角度测量 选择测量起点，移动鼠标至测量终点，再次单击，在屏幕上显示测量结果。 长度测量用于病变大小，深度等的测定。同样方法可以对角度进行测量，在屏幕上显示测得的角度值，角度测量通常用于病变与周围组织的关系测定和确定手术方案，如图的是对头部CT的长度与角度的测量结果。

27. 在影像后处理工作站中，还可引入骨科模板，帮助医生进行手术计划。如在髋关节手术规划中通过测量长度，角度，放入模拟钢针并且可以计算钢针大小，形态，放置位置等重要手术参数在影像后处理工作站中，还可引入骨科模板，帮助医生进行手术计划。如在髋关节手术规划中通过测量长度，角度，放入模拟钢针并且可以计算钢针大小，形态，放置位置等重要手术参数

28. 2. 周长与面积测量 病灶区的周长和面积同样具有诊断价值。在图像后处理软件中选择“测量周长及面积”按钮后，在被捕获图像上测量起点按下鼠标左键圈出欲测量周长及面积的区域，移动鼠标至测量终点，松开按下的鼠标左键，在程序提示条中即可显示被测区域的周长及面积，如图，在心脏彩超中，周长与面积的测量常用于判断器官的狭窄扩张，血液反流面积等病变。

29. 3. 宽度与容积测量 宽度测量主要用于对心肌缺血，心肌梗塞的诊断。如左图，显示的是冠脉血管造影图像中对血管狭窄程度的测量，通过测量冠状动脉宽度，判断有无动脉狭窄导致缺血改变。容积测量常用于心脏分析功能，如右图，通过测量不同时间的心腔容积，计算出心腔体积变化，判断心脏射血的能力。

30. 4. 平均密度值测量 平均密度值测量主要应用在CT图像诊断，单位使用CT值（HU），表示的是测量面积内的平均密度值。通常CT图像与X光图像都可以用不同的灰度来表示密度高低，吸收X光多的人体器官和组织密度高，图像呈白色，反之则呈黑色。图像的黑白度反映的是器官和组织对X线的吸收程度，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。平均密度测量在确定病变性质，组织类型等诊断中起着非常重要的作用。

31. 左图显示在头部CT测量中，测得头部的距形面积及平均密度值为：面积Ar为5009，平均密度值为31HU，SD密度均方差为8.3；右图显示测得头部的不规则形状面积及平均密度值是：面积Ar为4283，平均密度值为32HU，SD密度均方差为7.3。左图显示在头部CT测量中，测得头部的距形面积及平均密度值为：面积Ar为5009，平均密度值为31HU，SD密度均方差为8.3；右图显示测得头部的不规则形状面积及平均密度值是：面积Ar为4283，平均密度值为32HU，SD密度均方差为7.3。

32. 10.1.6 医学影像二维重建技术 二维重建技术主要应用于多层螺旋CT设备，是图像后处理功能中最常用的方法。二维重建技术实现的方法是：在横断面CT图像上按要求任意划线，然后沿该划线将横断面上的二维体积层面重组，即可获得该划线平面的二维重建图像。其中螺旋扫描时的层厚和螺距对多层面图像重建的图像质量有明显的影响，层厚越薄，重建图像越清晰；层厚和螺距选择不当，较易造成阶梯状伪影。 二维重建技术主要包括多平面重建（multiple planar reformatting，MPR）、曲面重建技术（curved planar reformations，CPR）与计算容积重建（calculate volume reformatting，CVR）三种。

33. 1. 多平面重建（MPR） 多平面重建（MPR）是通过原始的横轴位图像（薄层）的容积采集获取数据，经计算机后处理后获得人体组织器官任意的冠状、矢状、横轴、和斜面的图像。 如MPR重建图像所示，4张图片为是胸腹部各个方位的MPR重建图象， 上面2张图片为胸腹部冠状位软组织窗CT重建MPR图，下方左图是矢状位软组织窗CT重建MPR图，下方右图是斜位骨窗CT重建MPR。这样可以从多个角度观察病变的形态，位置及妣邻关系。

34. 2. 曲面重建技术 曲面重建技术（CPR）是MPR的一种特殊方法，适合人体一些曲面结构器官的显示。CPR与MPR的区别在于一个是表面平整的平面图，一个是表面不规则的平面图。 如图，左图上的虚线是主动脉曲面重建的兴趣区，右图显示的血管即是沿虚线重建出来的血管形态。

35. 3. 计算容积重建（CVR） 计算容积重建（CVR）是MPR的另一种特殊方式。它是通过适当增加冠状、矢状、横轴面和斜面图像的层厚，以求能够较完整地显示与该平面平行的组织器官结构的形态，如：血管、支气管等，同时也可以增加图像的信噪比。

36. 10.2医学影像三维可视化 医学图像的三维可视化是指利用一系列的二维切片图像重建三维图像模型并进行定性、定量的分析，为医生提供器官和组织的三维结构信息和分析工具并辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性与准确的定量分析，提高医疗诊断的准确性和正确性。

37. 10.2.1 三维重建的过程 四个步骤： • 数据获取，通过医学成像设备（CT、MRI、超声等）对人体进行扫描而得到一组二维断层图像； • 可视化预处理，将某些断层图像中的噪声进行滤波以提高信噪比。对三维体数据中包含的不同对象进行选择，并实施缩放、平移、旋转、删除、改变其物理属性（颜色、透明度、发射系数等）、剖切等操作，其中对数据正确的分类与分割是对病变体或器官做定性与定量分析的基础，也为后续的可视化做必要的数据整理与准备工作； • 三维建模过程，完成将三维体数据变为几何数据（物体表面的几何描述）的功能； • 绘制过程，一种是面绘制，采用计算机图形显示算法对三维模型重建出的物体表面进行显示；另一种是直接对三维体数据进行显示，称为直接体绘制。

38. 10.2.2 三维表面重建 表面重建又称为表面阴影遮盖成像（shaded surface display，SSD）。最早应用于骨3D成像，目前广泛用于各部位的血管成像及气道成像。SSD成像方法是设定上、下限的CT阈值并舍去阈值外结构，只对阈值内的结构进行成像。通过对CT阈值的选择，可使肺或气管、支气管成像，而高于气管密度的纵隔大血管及胸壁其它组织不显影，也可选择不同的CT阈值显示血管解剖结构。其中，设定阈值的大小对重建的效果起重要作用，阈值过大，图像偏白，看不清表面轮廓和颅内的脑组织；阈值过小，图像表面就会有“破孔”现象产生。

39. 表面重建（SSD）可以显示器官的立体形态，并可通过旋转进行各方位观察，解剖关系清楚，有利于病灶的定位及显示复杂的结构。表面重建（SSD）可以显示器官的立体形态，并可通过旋转进行各方位观察，解剖关系清楚，有利于病灶的定位及显示复杂的结构。 表面重建（SSD）技术的优点是计算简单、速度快。 缺点包含三类： • 与阈值范围有关，由于SSD对CT阈值的变化非常敏感，不适当的阈值选择可能损失相关解剖结构，或过高估计病变造成假象； • 与层厚有关，可能由于部分容积效应和边缘效应导致误差； • 由于采集数据期间的运动所致，如病人屏气不佳或器官搏动造成伪影。

40. 10.2.3 三维容积重建 1. 遮盖容积重建（SVR） 遮盖容积重建（Shaded Volume Rendering，SVR）将每个层面容积资料中所有像素的积元都加以利用来完成重建。 （1）骨骼。SVR图像可以立体、直观和清晰地显示正常颅骨、躯干骨和四肢骨的生理性突起、凹陷、空腔、膨大以及关节的骨性结构（如：关节头和关节盂等）的形态。

41. （2）血管系统。SVR在血管系统病变中可以清楚地显示大范围复杂血管的完整形态、走行和病变，能从多角度直观的显示病变与血管、血管之间以及血管与周围其它器官之间的三位空间结构关系。

42. （3）泌尿系统。SVR图像可以清晰地显示经对比剂强化的肾脏、肾盏和肾盂的完整形态，以及全程输尿管的走行和梗阻、狭窄部位和狭窄程度，并能以多角度直观地显示肾脏、输尿管与周围血管以及骨骼之间的解剖关系。

43. （4）肿瘤。使用SVR多曲线调整技术（Free setting Multi-Threshold values Curve）可以将经对比剂强化的各系统和器官的肿瘤在同一幅三维图像上同时获得骨、血管和软组织的影像。能够对肿瘤准确地定位，完整地显示病灶本身的状态以及与周围组织器官和血管的毗邻关系和受侵及、挤压移位等情况。经处理后的图像可以对病变进行任意角度的旋转，多方位观察和分析

44. 2. 密度容积重建（IVR） 密度容积重建（Intensity Volume Rendering，IVR）图像利用全部体元深度和透过度的信息成像，主要适用于观察腹部和肺部CT值差别较小的组织器官，如图10.41所示，图像显示了支气管与肺部肿瘤之间的关系，此病例清晰地显示出肺内支气管及肿瘤组织，并且可以看到肿瘤与支气管关系密切。

45. 3. 最大密度投影（MIP） 最大密度（强度）投影（maximum intensity projection，MIP）是把容积组织或物体中每1个像素信号强度最大的像素元（最大的CT值）通过投影方式叠加在一起，形成一幅只有高信号强度的影像，用切割、剪裁或选择主体等形式把一些多余的背影信号去掉，然后在3D窗口选择旋转方向就可以得到不同视角连续显示的复数影像，从而显示出立体效果。 SVR重建得到的图像，可以清楚的观察到在髂动脉钙化显示中，MIP图像比SVR图像清晰 有造影剂的髂动脉血管经CT增强扫描后，使用最大强度（密度）投影重建得到的图像

46. 4. 最小密度投影（MinIP） 最小密度（强度）投影（minimum intensity projection，MinIP）是利用容积数据中，在视线方向上密度最小的CT值成像的投影技术，其余组织结构的影像被除去，并且图像可以任意选择投照方向进行观察，有利于突出显示具有相同低密度的组织结构。 通过对气管支气管最小密度投影（MinIP），显示出气管狭窄，并可见气管插管影。

47. 5. X-线模拟投影（X-ray Projection） X-线模拟投影是利用容积数据在视线方向上的全部像元值成像的投影技术，主要用于骨骼病变的显示。重建后的图像效果类似于普通X-线摄影，故称为X-线模拟投影， X-线模拟投影与普通X-线摄影比较，优点是： （1）可进行多角度、多方位投影； （2）可用Clipping、Cutting、Seed等技术去除与靶器官重叠的组织器官影像的干扰； （3）可利用原始数据做回顾性后处理。

48. 6. 透明化X-线模拟投影 透明化X-线模拟投影图像是由X－ray Projection技术衍生出来的以透明方式显示的图像，主要用于显示中空器官和骨骼等表面组织结构密度明显高于内部组织密度的器官。 进行图像后处理操作的技术要点是： （1）去除靶器官（骨骼除外）以外的组织，再调整CT值的上下限，最终只保留靶器官表面的影像； （2）适当调整窗宽、窗位，直至获得具有明显透明效果的图像。

49. 7. 容积漫游技术（VRT） 容积漫游技术（Volume rendering technique，VRT）基于3D浏览软件基础之上，包括容积漫游透明和高级图像编辑功能。VRT技术可以对不同物体容积的光线明暗度、透明效果、折射特性进行分析，能选择显示4种不同组织密度的解剖结构，最后存储记录图像效果的密度及色彩。

50. VRT技术与如SVR、MIP、SSD等其它三维重建技术区别如下：VRT技术与如SVR、MIP、SSD等其它三维重建技术区别如下： （1）VRT无需定义明确表面，影像中含有的信息比SSD和MIP多，很好的保存了原始数据的解剖空间关系，可以为观察者提供一个更具真实感的三维立体影像 （2）VRT影像所观察的是一个由不同透明度体素组成的完整的影像合集，能显示重叠的组织结构与血管腔。 （3）VRT可以形象真实地反映解剖结构，显示密度差别大的软组织与骨骼或金属支架，同时可以使用不同透明度、亮度及色度进行显示。