医学数字图像基础知识
目录
一、数字图像
二、数字图像的基本类型
三、常用的医学图像设备（CT,MRI,PET,B超，X光）
四、血管造影减影
五、读、写、显示图像的OpenCV函数
六、图像的放大、缩小、旋转、镜像的原理及OpenCV函数
1、图像缩小
2、图像的放大
3、图像的旋转
4、镜像
七、数字图像处理应用
八、PACS系统
1、什么是ＰＡＣＳ系统
2、PACS系统的用途
3、PACS系统的构成
九、图像格式(Dicom)
一、数字图像
- 数字图像的基本概念：表示为有限数量离散点集合的形式即为数字图像，在此过程中每一个离散点则被定义为图像是由这些离散点构成的元素或像素。
- 图像的基本格式：TIF、JPG、BMP、DICOM（即医学数字成像与通信），这种编码方式作为医学影像数据的标准格式，在医疗领域具有广泛的应用。
二、数字图像的基本类型
- 黑白相间的二值图像是仅包含纯黑与纯白两种颜色的图形，在这种情况下每一个像元仅取0或1两个数值
- 灰调图像是指通过量化得到一个灰度等级表示的无色图片
- 彩色图片则由红绿蓝三色通道所组成的颜色信号构成
三、常用的医学图像设备（CT,MRI,PET,B超，X光）
X光：X射线成像
CT：计算机断层扫描成像
PET：正电子发射型计算机断层扫描成像
MRI：磁共振成像
B超：二维超声波成像
OCT：光学相干断层成像
四、血管造影减影
数字减影血管造影（DSA）
原理：通过在前后拍得两帧X线图像中加入造影剂并进行减影处理及增强步骤处理后得到纯净血管图像
五、读、写、显示图像的OpenCV函数
世界上最大的计算机视觉库OpenCV有这三个内置功能，如下：
- Imread()帮助我们读取图像
- mshow(0在窗口中显示图像
- imwrite()将图像写入文件目录
六、图像的放大、缩小、旋转、镜像的原理及OpenCV函数
1、图像缩小
图像缩小其本质是通过对原有大量数据进行选择或处理以获取所需尺寸的数据并最大限度地保留原有特征。
最基本的方式通常是按等间距选择数据点以实现缩放效果。
这里的x、y分别除去对应的倍数的结果作为选取即可（上图的0.75改为0.74
该方法是将原图像放大K倍，则将原图像中的每个像素值填入对应于k×k的子块中。
3、图像的旋转
旋转公式如下 ：
- 该公式计算所得的数值为浮点数而非整数。
计算所得的数值及其所处范围与原始数据存在差异。
因此必须执行初步修正：扩大工作区边界、对数值进行取整运算以及进行坐标系的平移操作。
4、镜像
镜像分为水平镜像和垂直镜像
水平镜像公式如下：
为了避免表示图像的矩阵坐标出现负值，在完成镜像计算后必须对坐标进行调整。
镜像的垂直镜像公式：
由于图像矩阵坐标的数值不能为负数，在执行镜像计算后必须对坐标系进行平移调整。
七、数字图像处理应用
基于图像分割技术的方法能够有效地提取视网膜血管，并对其形态进行量化分析；通过图像增强技术处理后的图像具有更高的清晰度；该过程涉及多种算法的应用：首先利用图像分割将区域分离出来；接着通过形态学处理去除噪声；最后结合特征提取技术识别关键点；多源图像融合通过整合各幅图像的优势信息来提升整体效果；手术导航系统实现了手术中解剖结构与影像数据的空间同步；基于先进的三维重建技术和可视化算法，在二维平面展示出立体的器官结构；该系统借助人工智能技术辅助医生进行疾病诊断，并提供详细的分析报告；在非医学领域中该技术可应用于医疗成像设备优化、工业检测以及环境监控等多个方面
工业方面：
产品缺陷检测
指纹识别
人脸识别
视频跟踪
车牌识别
八、PACS系统
1、什么是ＰＡＣＳ系统
PACS系统作为医学影像处理领域中的常用术语,其代表Picture Archiving and Communication System（ 影像存档与通信系统 ）。该系统整合了多方面的解决方案,以实现数字化医学影像的信息存储、检索以及传输显示功能。
2、PACS系统的用途
PACS系统的首要任务是替代传统胶片和纸质报告。其核心职能在于将医学影像从模拟形式转变为数字化存储，并通过计算机网络实现影像的管理与共享。
3、PACS系统的构成
以下主要组件和功能：
图像采集：PACS系统能够从包括但不限于X射线机、CT扫描仪、磁共振成像仪以及超声诊断仪等不同类型的医学影像设备中完成对数字化医学图像的接收与存储操作，并经系统统一管理后即可完成数据存储与归档工作
影像存储：PACS系统为医疗机构提供了大量数字医学影像数据的管理和存储能力。这些数字化格式的数据被存档至核心服务器或分布式存储系统中，并通过高效可靠的存储机制以及完善的数据备份策略来保障其完整性和安全性。
影像检索 ：PACS系统配备了先进的影像数据管理功能，在临床工作中能够便捷地获取特定患者的影像记录信息。该系统依靠患者身份信息、采集日期以及所拍摄的影像类型等多种关键参数来实现定位与检索相关影像数据
图像信息传递：医学影像信息管理系统负责处理各类医学影像数据的接收与管理工作；医院内部各临床科室及医护人员可通过网络实现资源间的共享与互操作性；确保实时同步的信息共享与协作
影像显示功能：PACS系统提供了高质量的影像显示功能。该系统不仅能够直接展示医学图像数据，并且还配备了多种图像处理与分析工具以辅助临床诊断与治疗决策过程。
九、图像格式(Dicom)
即以医学数字成像和通信为基础建立的标准, 是医学图像及相关信息处理的重要组成部分, 也是临床应用中不可或缺的技术基础。该标准规定了能够满足临床需求的数据交换格式, 确保医疗信息在不同系统间的高效传输与共享
DICOM文件数据集不仅不仅仅包含高质量成像数据本身，在每个 DICOM 数据集中通常会记录病人的基本信息如姓名和性别，在患者年龄段方面则有详细的记录，在检查设备型号方面也有精确的信息，并且传输语法细节也被完整地保存下来。这些附加信息共同构成了一个全面的医学成像数据库