計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像中的進(jìn)展與應(yīng)用初探

李朋娟，王 健，姚紹鑫

（唐山工人醫(yī)院 河北 唐山 063000）

醫(yī)生為患者治病的一項(xiàng)重要前提就是準(zhǔn)確判斷病人身體的患病情況，這就需要用到一些醫(yī)學(xué)影像資料來(lái)輔助醫(yī)生的判斷?，F(xiàn)階段，我國(guó)不少醫(yī)院都配置了比較完善的醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備，這些設(shè)備的正常運(yùn)行與計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的應(yīng)用是不可分離的，該技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)全新技術(shù)，其主要作用是為醫(yī)生科學(xué)高效地開(kāi)展治療工作提供便利條件，并提高醫(yī)院的綜合服務(wù)水平。

1 國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展

1895 年，德國(guó)著名的物理學(xué)家W.K.倫琴在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)拍攝出其夫人手指的影像，自此之后，“X 射線”便誕生了，并逐漸從影像學(xué)領(lǐng)域引入到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)多年的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用，醫(yī)學(xué)影像出現(xiàn)了翻天覆地的變化，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)在全球的推廣和普及，影像學(xué)科的內(nèi)涵也進(jìn)一步豐富，表現(xiàn)出知識(shí)交叉、跨度大等特點(diǎn)，1971 年，英國(guó)著名科學(xué)家漢斯立足于計(jì)算機(jī)技術(shù)原理發(fā)明出世界首臺(tái)X-CT 診病機(jī)，這一發(fā)明是前所未有的，在醫(yī)學(xué)界引發(fā)了巨大的轟動(dòng)，自此以后，國(guó)內(nèi)外對(duì)醫(yī)學(xué)影像的數(shù)字成像技術(shù)研究逐漸掀起一股熱潮，各類(lèi)醫(yī)療設(shè)備也慢慢被開(kāi)發(fā)出來(lái)，包括EEG 腦電圖、單光子發(fā)射斷層成像、磁共振血管造影術(shù)、數(shù)字X 線攝影等。當(dāng)前，基于計(jì)算機(jī)算法的圖像處理技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。

2 計(jì)算機(jī)圖像處理關(guān)鍵技術(shù)

2.1 圖像識(shí)別技術(shù)

所謂圖像識(shí)別技術(shù)，指的就是在分析和處理圖像的基礎(chǔ)上，對(duì)圖像進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別和分類(lèi)。當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的圖像識(shí)別技術(shù)一般都具備人工智能管理模塊，可結(jié)合環(huán)境的不同對(duì)圖像進(jìn)行系統(tǒng)化歸類(lèi)和管理，同時(shí)還能利用模糊識(shí)別技術(shù)、句法結(jié)構(gòu)識(shí)別模塊等對(duì)圖像進(jìn)行全面分析和準(zhǔn)確判定。

2.2 圖像分割技術(shù)

對(duì)于醫(yī)學(xué)影像研究工作的開(kāi)展來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行圖像分析和處理的時(shí)候，必不可少的一項(xiàng)技術(shù)就是圖像分割技術(shù)，該技術(shù)可根據(jù)圖像各區(qū)域特性的不同，進(jìn)行科學(xué)分割和處理，同時(shí)還能對(duì)要求較高的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行深入分析，分別提供定性和定量分析結(jié)果，這也為三維技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了有利平臺(tái)和保障。

2.3 圖像復(fù)原技術(shù)

圖像復(fù)原技術(shù)是成像系統(tǒng)受到外界不良因素影響時(shí)所采取的應(yīng)急處理技術(shù)，一般情況下，應(yīng)用比較廣泛的圖像復(fù)原技術(shù)主要包括同態(tài)濾波操作和維納濾波操作技術(shù)。實(shí)踐證明，圖像復(fù)原技術(shù)的應(yīng)用能使已經(jīng)退化的圖像質(zhì)量得到有效提升，其主要作用是去掉圖像的模糊與噪聲干擾。

2.4 圖像增強(qiáng)技術(shù)

圖像增強(qiáng)技術(shù)主要通過(guò)增強(qiáng)圖像中的需求信息與必要信息，使信息消退問(wèn)題得到有效控制，從而促進(jìn)目標(biāo)對(duì)象解釋工作與目標(biāo)區(qū)域分類(lèi)工作的順利完成。比較常用的圖像增強(qiáng)技術(shù)方法主要有偽彩色增強(qiáng)法、直方圖增強(qiáng)法等。

2.5 圖像變換技術(shù)

圖像變換技術(shù)主要通過(guò)正交矩陣或正交函數(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，借助二維線性可逆變操作，實(shí)現(xiàn)圖像的多元化變動(dòng)，需要注意的一點(diǎn)是，在運(yùn)用圖像變換技術(shù)的時(shí)候，應(yīng)選擇適宜操作和應(yīng)用的圖像。

2.6 圖像壓縮和編碼技術(shù)

通過(guò)運(yùn)用圖像壓縮技術(shù)，可有效刪除無(wú)用信息與冗余信息，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量得到有效控制，確保存儲(chǔ)空間的充足性。通過(guò)運(yùn)用圖像編碼技術(shù)，如比較常見(jiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編碼、小波變換編碼等，可提高圖像的應(yīng)用效果。

3 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用

3.1 遠(yuǎn)程醫(yī)療

醫(yī)學(xué)圖像及其相關(guān)信息可利用數(shù)據(jù)接口和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有效連接，從而便于醫(yī)學(xué)圖像信息的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳播，滿足異地會(huì)診的需求。利用PACS 系統(tǒng)，可使醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)院內(nèi)外實(shí)現(xiàn)有效傳輸，這是提高醫(yī)院圖像信息化管理水平的有效途徑。

3.2 數(shù)字解剖模型和手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練

虛擬手術(shù)是當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較具有挑戰(zhàn)性的一大研究課題，其主要涉及到醫(yī)學(xué)、機(jī)器人學(xué)、圖形學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。通過(guò)利用虛擬人技術(shù)，研究人員可對(duì)人體內(nèi)部各大器官和組織進(jìn)行分析，從而構(gòu)建出具備較強(qiáng)真實(shí)感的虛擬人體，并通過(guò)對(duì)人體的透明效果等進(jìn)行設(shè)置，清晰地展現(xiàn)出各個(gè)不同組織器官之間的相互關(guān)系，這對(duì)手術(shù)教學(xué)訓(xùn)練、解剖分析、醫(yī)學(xué)教育等來(lái)說(shuō)都有著十分重要的作用。

3.3 腦功能與腦結(jié)構(gòu)研究

利用全新的FMRI 技術(shù)，可全面了解嗅覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)刺激對(duì)大腦皮質(zhì)層功能活動(dòng)產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)安全無(wú)損地檢測(cè)活體人腦功能變化的目標(biāo)。與此同時(shí)，還能利用定量分析方法研究大腦解剖結(jié)構(gòu)的不同，有利于全面而準(zhǔn)確地了解大腦運(yùn)行機(jī)制。

3.4 手術(shù)和放射治療規(guī)劃

通過(guò)放射線對(duì)惡性腫瘤進(jìn)行抑制或消除，首先必須編制科學(xué)合理的規(guī)劃，尤其要注重照射點(diǎn)的準(zhǔn)確定位以及劑量計(jì)算結(jié)果的精確性，一旦在劑量計(jì)算或者輻射定位上出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)直接影響治療效果，甚至還可能對(duì)周?chē)＝M織造成危害。通過(guò)引入醫(yī)學(xué)圖像處理分析系統(tǒng)，醫(yī)生可在制定手術(shù)規(guī)劃之前直觀了解病變體的基本形狀及其空間位置，從而確定科學(xué)可行的手術(shù)方案。同時(shí)，在放射治療過(guò)程中，可避免射線照射到腫瘤周邊的重要組織，進(jìn)而減少對(duì)正常組織的傷害。

3.5 輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷治療

通過(guò)引入醫(yī)學(xué)圖像可視化技術(shù)，可結(jié)合MRI、CT 等圖像序列，構(gòu)建出清晰的三維幾何模型，使不可見(jiàn)的人體器官通過(guò)三維形式清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)還能對(duì)圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大等，以便更好地觀察圖像信息，使醫(yī)生做出更加精準(zhǔn)的診斷。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)是當(dāng)今時(shí)代醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域不可或缺的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)主要可分為圖像識(shí)別技術(shù)、圖像分割技術(shù)、圖像復(fù)原技術(shù)等，其在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的應(yīng)用可輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷治療，同時(shí)還能便于遠(yuǎn)程醫(yī)療、腦功能與腦結(jié)構(gòu)研究等工作的開(kāi)展。