图像处理在生物医学工程中的应用和研究进展.doc

研 究 生 课 程 论 文 (2008 -2009学年) 图像处理在生物医学工程中的应用和研究进展 研究生：张密 提交日期： 2008年 12 月 29 日 研究生签名： 学 号 200720119420 学 院 生物科学与工程学院 课程编号 S0831008 课程名称 生物医学工程最新进展专题 学位类别 硕士 任课教师 吴效明 教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日 图像处理在生物医学工程中的应用和研究进展 张密 摘要：本文综述了生物医学工程的总体进展，并较为详细的分析了国内医学图像处理技术的最新进展，包括三维医学图像的可视化和基于PACS的医学图像压缩在医学图像处理方面的进展，并提出了医学图像处理技术发展所面临的相关问题及其发展方向。在此基础上对生物医学工程的发展趋势做了简要的预测。 关键词：医学图像分割；医学图像配准；医学图像可视化；图像存档通信系统 1. 引言 生物医学工程是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法,从工程学角度,在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象,研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。它在国际上作为一个学科出现，始于20世纪50年代。在我国，生物医学工程作为一个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中国协和医科大学原校长、我国著名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学科最早的倡导者。 进入21世纪后,我国加大了对生物医学工程领域的投入力度,生物医学工程也迅速的进步，半个多世纪以来，它的迅猛发展已经深刻地改变了医学本身，如医学影像技术和装置不仅成了现代医学诊断之必需，而且正在改变外科临床的面貌，医用生物材料、人工器官、组织工程和生物人工器官则为人体组织器官不可逆损伤或蜕变的治疗创造了技术条件，推动修复、重建、再生医学的变革；呼吸机、除颤器、左心辅助泵、危重病人监护系统等技术或装置大大提高医疗急救水平，使许多人重获生命。总之，生物医学工程在推动现代医学的发展中发挥着越来越重要的作用，本文在概述生物医学进展的基础上，较为深入的分析了生物医学中的一个分支-医学图像处理技术的发展现状和趋势。 2. 医学图像处理技术发展现状和趋势 近20多年来，医学图像已成为医学技术中发展最快的领域之一。处于最前沿的是生物分子成像,目的是对细胞内的蛋白质等生物大分子、分子器件的结构、功能和运动进行原位观测,这对生命科学和基础医学的发展无疑有重大意义,因而发达国家十分重视,美国更为此投入了极大力量。该领域的难点在于标记物的加入是否或在多大程度上改变了被观测对象的结构和功能，即被观测的对象是不是预定的观测对象，从非线性理论的一般原理和物理学深入到微观的历史经验来看,回答必然是否定的。至少,这一疑问目前是无法证伪的。在医学影像方面,各种先进医用成像设备使临床医生对人体内部病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。 20世纪70年代初，X线CT的发明曾引发了医学影像领域的一场革命，与此同时，核共振成像、超声成像、数字射线照相术、发射型计算机成像和核素成像等也逐步发展。 计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础，带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。在这一方面,我国航天中兴公司于红林等近年来的工作取得了突破性进展[1]。 医学图像处理技术包括很多方面，本文主要介绍分析图像分割、图像配准以及图像增强技术和纹理分析在医学领域的应用和发展。 2.1 医学图像分割 医学图像分割就是把医学图像中具有特殊涵义的不同区域分开来，这些区域使互不相交的每一个区域都满足特定区域的一致性。 它是图像处理与图像分析中的一个经典问题。 图像分割技术发展至今，已在灰度阈值分割法、边缘检测分割法、区域跟踪分割法的基础上结合特定的理论工具有了更进一步的发展。 比如基于三维可视化系统结合Fast Marching算法和Watershed变换的医学图像分割方法，能得到快速、准确的分割结果[2]。图像分割同时又是进行三维重建的基础，分割的效果直接影响到三维重建后模型的精确性，分割可以帮助医生将感兴趣的物体(病变组织等)提取出来，帮助医生能够对病变组织进行定性及定量的分析，从而提高医生诊断的准确性和科学性[3]。 迄今为止,应用于医学图像的分割方法层出不穷,但对这些方法还没有一个统一的分类标准,而综观近几年的图像分割文献,学者们逐渐认识到现有任何一种单独的图像分割算法都难以对一般图像取得比较满意的结果,因而更加注重多种方法的有效结合,以达到相互补充的目的。随着不断的深入研究将会有更多的成果出现,当然,如何将各种新的算法与其他的方法相结合并应用到实际的问题当