医学图像论文范文第1篇

1.相关法哲学理论的讲授。法哲学理论的讲授，主要是介绍现有的一些法哲学流派和主要的法哲学观点争议，这为日后提出问题奠定了基础。法律认知科学的实验设计主要是运用生理实验解决法哲学问题或者部门法的主要问题，所以人文社科问题是实验的目的之所在。很多法律认知科学的生理实验流程大同小异，运用的设备相差无几，但是其所解决的法哲学问题却大相径庭，所以，相关的法哲学理论的基础必须夯实，否则实验就是无的放矢。为了进行“法律认知科学”的实验，就必须让学生选修“法哲学”、“西方法律思想史”和各个部分法的法哲学课程（如“民法哲学”、“刑法哲学”、“诉讼法基础理论”等课程）。为此，我们开设了“西方法理学”和“法哲学”等课程。通过相关法哲学课程的讲授，并组织学生对部分重点问题、争议问题进行详细分析，提炼出核心争议之所在，由此设想日后可以进行实验的粗略方案。这一点也是体现“认知研究”与“治疗研究”之间的区别，体现我们研究的人文社科的目的指向（而非一般的自然科学或医学意义）。此外，我们还为法学硕士生开设了“神经元法学”和“法律认知科学”等课程，对此类问题的探讨更为专业、细致。

2.联系医院的医生前来讲课。由于课程具有跨学科性质，这种课程需要其他学科的知识。而本学科的教师虽然具有一定的跨学科知识背景，但毕竟其主导学科还是法学或法理学，在其他学科方面的学识显然不如这个领域的专家。所以，邀请其他学科的教师或研究人员前来授课就显得很有必要。而对于法律心理实验课程而言，这方面主要是请医院的医生前来上课。这里包含了以下三类，一类是神经科专业的医生，其为我们讲解脑神经系统的相关知识。部分高学历的医生由于拥有系统的硕士、博士乃至博士后的教育和科研知识，甚至还可能从事过“认知”领域的生理研究，就能够从“生理心理学”的“认知”角度为我们讲解实验设计的方案、流程等对实验特别有意义的问题。

3.带领学生前往实验室参观。由于法学专业学生对工科和医科的实验室一般都比较陌生，如果他们对医疗设备或者医学实验室没有相关的认识，就不可能设计出好的实验方案，因此，非常有必要让他们参观实验室或者医疗设备。在参观的过程中，由医务和实验人员进行相关知识的讲解，其中包括仪器、操作流程和仪器软件的介绍。老师和学生甚至可以进一步接触机器，如进入密封的磁共振室，躺入磁共振仪器内模拟作为实验的受试者。这样，他们能够亲身体会到躺在仪器内接受检查或实验者的境况，设计出更加切实可行的实验方案。从事“法律认知科学”实验的仪器设备与“医学治疗和检查”的实验设备虽然相同，但是依旧存在一些差别。如磁共振机器，一般医学治疗目的进行的检查往往只需要运用“1.5T”级别的机器；虽然这种级别的机器也能运用于“法律认知科学”实验，但是相关实验对仪器的要求往往更高，通常要求是“3.0T”级，此级别仪器在普通医学检查中的运用就比较少；认知科学实验的磁共振仪器甚至使用到高达“12T”级别。

二、带领学生进行实验工作

1.通读实验报告。法律认知科学相关的实验论文很多，必须进行大范围的选题筛选。粗略筛选之后的论文，由任课教师组织学生进行研读。研读的目的有两个，一是看看研究现状，知道他人的研究进程、重点、热点和难点。通过这些研读，我们就能够根据现有的研究进度，选择尚未研究（发表的）而又可能比较重要的一些问题，这些问题就是日后实验选题的大致范围。二是参考他们的研究手段、流程，对他们的研究方法进行借鉴。现在发表的论文，一般都会大致介绍实验的流程。然而，学术论文毕竟不是实验报告，其更多侧重于问题的提出、解决和分析，流程的介绍往往比较粗糙。当然，部分学术论文也有比较详细的实验流程，对此类论文的仔细研习，就能对实验设计产生比较大的影响。①

2.对主题进行社会科学的探讨。在进行文献研读的基础上，我们能够得出大致的可能的研究“主题”，这时返回法律社会科学领域，以法哲学的视角重新进行审阅，才能更好地获得“生理心理学”和“人文社会科学”之间的自然衔接。在生理自然科学领域可能可以从事实验研究的“主题”，还必须获得“法哲学”、“法社会科学”上的意义。因为，有的问题虽然在自然科学上具有很大的研究价值，然而从人文社会科学的角度看，其意义可能就会大打折扣（或者意义就不那么直接）。此类论文的价值更多是在“治疗性”而非“认知性”。很多人文社会科学（法哲学）的问题虽然意义重大，但从自然科学（生理心理学）的角度看，在现阶段却还缺乏研究该问题的“方法”和“设备”。所以，必须获得二者的协调和平衡。主题的选定是法律认知科学实验的第一个难点。这个难点意指“我们要解决什么主题”，其既涉及“什么主题十分重要”，又指“对该主题的研究到什么程度”，还指“现在已经具备研究该主题的手段或方法”。

3.组织实验设计。从法律认知科学实验的角度看，组织实验设计的第一步是设计实验方案，这是最重要的一步。设计何种方案、设计何种场景、设计何种问题，以及何种音像、问卷材料，都关系到实验结果的真实与否。这也是法律认知科学实验的第二个难点。我们要设计出一些“场景”或者“问题”，让受试者在这种环境下能更真实地思考或者表达情绪，从而得出比较真实的实验结果。西方国家在以往的研究中，存在比较巧妙的实验设计，例如对于道德中不公正问题的容忍情况，研究者在最后通牒实验中，部分受试者拒绝接受不公平的分配方案，这是其情绪化的表现。该实验设计如下②：19名（方案接受者，“responder”）接受磁共振扫描，共进行了30轮游戏，对手（方案的提出者，“offer”）部分是人，部分是计算机。每次都涉及10美元的瓜分。对手所提出的方案中，一半是公平的（对半开），剩下的为2次“9比1”，2次“8比2”，1次“7比3”；在这些方案中，方案提出者的分配比例较大，而接受者的比例较小。结果是，对于公平的方案，方案接受者都接受了；越不公平的方案，则参与者的接受率越低，“7比3方案”至“对半开方案”的所有方案（即“5∶5”，“6∶4”，“7∶3”）都被接受了。在“9比1”和“8比2”两种方案中，如果“方案提出者是人”，则其方案的接受率低于“方案的提出者是计算机”。这就意味着方案接受者对于不公平方案存有情感性反应。这种不公平引发的脑区为：两侧前脑岛（bilateralan-teriorinsula）、背外侧前额叶皮层（dorsolateralprefrontalcortex，DLPFC）、前扣带回（anteriorcingulatecortex）。这证明了两侧前脑岛（bilateralanteriorinsula）厌恶不公平，作为负面情感的脑区，其反映出了对于不公平方案的厌恶。诸如此类实验设计非常巧妙，就能够为我们进行相关实验提供设计上的参考或模仿。

4.进行预实验。在实验设计之后，有必要进行预实验，检验实验的可实施程度。这种预实验，可以提升实验者的信心，也可以作为申请相关课题的依据。更为重要的是，预实验还可以检测实验的可行性，对可能出现的问题或缺陷进行适当的修正。在预实验之后，还必须进行志愿者的招募和筛选。

三、实验操作

实验操作是实验的核心状态。法律认知科学的实验流程具有自己的特殊性，其与医学实验相比通常更简单。其运用的仪器设备有核磁共振（FMRI）、眼动仪和脑电图等，其中核磁共振最为典型。该仪器不仅运用于医学治疗和研究，现在还广泛运用于认知科学的各类研究。核磁共振运用于法律认知科学的研究，主要优点在于其定位非常准确（虽然时间上稍有迟滞）。由于实验的磁共振仪器操作是高度专业化工作（而且机器极为昂贵），只能由专业的实验技术人员进行操作，因此法学教师和学生不能从事，在此不做详细介绍。

四、实验之后的分析总结

实验之后的分析总结属于实验的后期工作，主要是数据、图像分析，以及人文社会科学分析总结。

1.数据、图像分析。数据分析具有客观性，需要专业的实验工作人员进行数据和图像的分析。法律认知科学实验主要运用核磁共振仪器，对于脑区图像的要求比较高，还需要比较好的核磁共振配套分析软件，对此进行精细的分析。此类软件一般只有磁共振专业技术人员才会使用，由他们进行相关数据图像分析比较科学。如果涉及大量的数据分析和必须建立数据模型，则还需要数学专业人士进行相关的工作。此外，除了实验工作人员和数学人才外，还需要神经科专业医师或者认知神经学专家对此类数据和图像进行“认知神经心理”方面的分析。这种分析就是我们后期进行人文社会分析和理论化的基础。

2.进行相关的人文社会科学分析总结。与前一步工作的科学性和客观性相比，对实验结果进行人文社会科学的分析总结则具有一定的主观性质。我们需要从已有的数据和图像，根据我们需要解决的人文社科（法哲学）主题进行解读。这种解读是人文社科的解读，是运用实验数据和图像得出人文社科的结论。所以，一定的主观性是原有的实验设计思路和人文社科理论基础的延续。现有实验的理论分析，如道德的情感性实验，就需要根据道德哲学理论进行分析；“先天犯罪人”问题的实验，这就需要根据刑法哲学理论进行相关探讨。

五、注意事项

医学图像论文范文第2篇

关键词：计算机网络；远程会诊

随着现代计算机技术、通讯技术、网络和多媒体技术的发展，远程医疗会诊已成为医院信息系统的一个重要组成部分。它是一种新的医疗服务保障形式。远程医疗的特点是以最快捷方式获得接近传统医疗方式的诊治效果．真正做到快捷、高效，为充分利用医疗资源开辟了一个新领域、新途径。

1远程医疗会诊系统

远程医疗会诊包括：远程诊断、远程治疗、远程教育、远程监护、建立数据库等，较常见的有B超、胃镜、CT、MRI等。我院目前已应用了远程血液细胞学图像处理系统。远程医疗会诊中心采用WindowsNT+NetMeeting视频会议系统，细胞室配置了计算机、0IYMPUS—BX40三目光学显微镜、Panasonic微型摄像头、扫描仪、EPSON710彩色喷墨打印机、电话等，血液病患者的图片可由检验人员在本科内用计算机图像处理系统通过SUNSPRO直接传输，在远程医疗会诊中心配合下，可使对方专家同步观察血片及骨髓片，以提出有效的诊疗方案。会诊前先由病人选择专家、预约会诊时间，临床医师将检验报告、患者病历及各种详细资料填写清楚，提前发送对方。在会诊时。也可让患者及家属参与。通过视频会议，让专家与主治医师、检验医师及病人面对面交谈，这样既提高了医务人员的诊治水平。也增加了病人对医学专家的信任度。

2远程会诊的社会及经济效益

我国是一个幅员辽阔。人口众多的发展中国家。经济基础薄弱，尤其是广大农村和边远地区相当落后。加之医疗资源，特别是医学专家资源分布严重不平衡，造成了医患供需失衡的矛盾。我院地处河北省张家口市。患者大部分来自偏远贫困地区，经济条件有限，尤其是血液病患者，为了寻求更好的治疗方案需要专家会诊，但去北京、上海会诊路途远且费用高，通过远程医疗会诊，患者就能跨越时空地域限制，选择各地的知名专家会诊．真正做到了快捷、方便、经济、高效。远程医疗会诊的实施，打破了以往医生臾在本科室或本医院的会诊模式，充分利用现代信息和通讯工具与专家交流。开阔了医务人员的视野，增长了知识，尽量避免了病人外转，从而大大提高了经济效益。

医学图像论文范文第3篇

计算机技术和信息技术的迅猛发展,给人体数字化研究的开拓和发展带来了强大的推动力,人体结构信息的数字化是科技发展的前沿问题,是一项巨大的科学研究工程。可视人体计划(VHP)源于美国生物医学图像库建立的需求[1],在医学领域数字化虚拟人体不仅用于生物和人体形态学研究和教学,也开始有效地应用于矫形和整形外科在手术前后的可视化模型,外科手术模型的建立及模拟手术等。同时,数字化虚拟人体还广泛地应用于航天航空学、生物力学、机器人学和体育训练等学科[2]。本课题组立足于国内现有的技术水平,完成了人体最为复杂的部位—颅脑的数字化研究工作。

1材料与方法

1.1标本选择一经CT、MRI检查无器质性病变,无头部外伤及手术史,发育良好,身材、头围等参数符合中国人体特征的中年男子新鲜尸体一具,要求头部无扭曲及挤压变形。

1.2方法①用红色乳胶行股动脉灌注,待乳胶完全凝固后,平甲状软骨上缘在保持头部自然体位的情况下呈水平位离断颅脑,获得完整的颅脑。②将头颅置于特制的大小适中的立方体小盒内,其内径为25cm×25cm×25cm,盒的外侧有本论文由整理提供标准的坐标系统。将颅脑放入盒中央,使颅脑下断面与盒底面紧贴,向盒内注入少许清水,排空断面与盒底间气泡后,置于户外(气温低于-20℃)冷冻。待完全冻透后(冷冻1周)观察可见冰层透明、无气泡,头部无位置变化及变形,断面与盒底紧贴,冰块与小盒冻成一体。然后注入清水,放置对位标志,加防尘盖,排空气泡,于户外安全处冷冻。③于冬季室外(气温-20℃以下)用自制刨削机按预先设置的切割线自下而上切制,获得连续断层标本切片图像240张(层厚1mm,用1~240分别编号)。为了防止因摩擦生热而带来的负面影响,采用喷纯酒精的方法进行物理降温,既防止了融化又有效去除了冰晶,提高了图像的清晰度。

1.3实验计算机三维重建系统配置硬件:CPUPentuimⅡ350,内存128M,硬盘30GB,显示器Philips107G,IntelliTouch表面声波触摸屏,扫描仪MicroTekSlimScanC6最大光学分辨率600×1200DPI(dotperinch),数码相机DC-260最高分辨率1536×1024。软件:图片对位软件,边界处理软件,三维重建软件。

2结果

2.1图像输入通过DC—260型数码相机、理光5型光学相机于断端实时拍摄,通过MicrotekSlimscanC6扫描仪按600dpi光学分辨率扫描标本实物,然后统一输入计算机。

2.2图像矫正对个别图片的明暗度、对比度、色彩饱和度等人为造成的差异进行统一处理和修补。矫正后的图片各种组织结构分界清晰,色彩真实,较大血管、晶状体、视交叉、基底核、脑干一些灰质团块及脑室系统各个部分清晰可见,见图1(封2左上)。

2.3对位运用自行研制的图形对位软件在计算机上首先确定4个基准点,4个点排布于正方形的4个顶点,相邻两顶点间距为1000个像素。将输入图像四周的4个标志点分别与4个基准点对齐,由于在实际标本上相邻两点的距离为25cm,这样每4个像素的宽度就相当于1mm,为后来的测量提供了便利,同时解决了图像的平移和旋转问题,使240张图片在大小、位置上相一致,为提取边界并重建提供了必要的前提条件。

2.4建立数据库把颅脑所有组织结构按一定的顺序建立数据库,数据库的名称以相应的组织结构名称命名。

2.5边界提取本文作者采取表面重建法和体素重建法,在重建前将拟重建的器官的边界信息提取并储存在相应的数据库内。由于不同器官或组织之间(特别是颅内组织器官)边界轮廓不是规则的几何图形,很难用1个单一的数学公式进行表达;而且各器官或组织之间的色彩互相含盖,通过色彩和灰度也很难将不同组织器官加以区分,所以通过人工辨认和部分自动标识的方法来识别和提取边界。在边界提取过程中,运用自行设计的边界处理软件,完成了对头部表皮、颅骨、大脑皮质、髓质、脑室、基底核、脑干、小脑等主要结构边界的提取并将信息存入数据库。

2.6三维重建的计算将相邻断面结构边缘轮廓线采用“盖瓦片”方法连接,即用三角面片连接起来构成物体表面,两个层面间距离为1mm,然后经RGB彩色赋值、光照计算、消隐计算,即可进行重建结构的显示。采用体素重建法是把带有一定厚度的断面图像变为无数个小矩形,每个小矩形保留原始图像的所有信息,然后堆积重建颅脑各结构。本论文由整理提供

2.7重建图像经过矫正对位、描边处理、三维重建3个步骤后,在微机显示器上成功地在二维屏幕上显示出颅脑各结构的三维立体形态,结构真实,立体感强,包括虚拟色彩的表面轮廓重建和真实色彩的体素重建,见图2和3(封2中上、右上)。

3讨论

三维重建的方法主要包括两大类:基于轮廓的表面重建法和基于体素的重建法[3]。两种方法相辅相承,各具优缺点,各有其相关的应用领域。重建软件的性能直接影响三维重建的质量和速度。表面显示算法是应用图像分割技术,将原始图像分割成代表不同组织和器官的若干区域,然后构造这些区域边界的表面,从而完成表面重建,可见表面显示算法的前提就是边界的提取。目前图像分割及提取边界的方法主要包括:①人工识别,在断面图片上,各种器官组织分界不明显(如大脑基底核),只能靠人工界定。②计算机灰度识别,即基于CT或MRI扫描图像的三维重建,此种识别方式目前应用较多,其优点是无需人工切片,对位及提取边界都由计算机完成,消除了人为主观因素的影响,提高了重建的精确度。但对于复杂的结构来说,目前的CT、MRI还不能仅仅依靠灰度值的不同进行区分。此外,目前CT、MRI扫描层厚最薄只能达到1mm左右,这也在一定程度上限制其在未来三维重建中的应用。本文作者认为灰度识别对于某些组织(如骨组织等)边界的识别效果明显,而对于整体重建效果不明显。③计算机RGB识别,即依靠断层标中不同组织之间RGB值的差异将各结构加以区分。但由于人体结构(特别是颅脑内的结构)极其复杂,如骨松质、肌纤维、大脑皮质、神经核等结构,在图片显示上都为红棕色,以目前的技术尚无法通过计算机进行区分。而对经过特殊处理(如血管灌注带色乳胶等)的组织,识别效果明显,改善了工作中的劳动强度和精度,但对细小血管仍无法达到满意的识别效果。所以,对于大部分组织来说,人工识别提取边界依然是一种重要手段,目前计算机尚无法取代人工识别组织边界。本实验采用的是在人工识别提取边界基础上的表面重建和体素重建。为了提高计算机的运算速度和边界的平滑度,采用先确定关键点,然后在关键点间用平滑曲线相连的方法。体素重建法是以二维切片图像数据及切片厚度组成三维矩形多面体,利用数据体内的密度变化进本论文由整理提供行物质分离,使密度变化的梯度作为曲面法向,来计算画面的颜色与明暗,用光线投射法直接显示数据场。此显示法的特点是能显示实体的内部结构。在此基础上,可以沿任意角度进行切割,这对于解剖学教学、科研及临床上模拟手术入路等领域具有重要意义。此种显示法的缺陷在于其无法完成整体内部各种器官、组织的拆分显示,要完成此功能必须与表面重建方法相结合。而且数据运算量大,对计算机硬件设备要求很高,很难做到实时显示,所以目前难以普及。随着计算机技术的飞速发展,此种显示法在计算机三维重建中必将得到进一步发展和完善。超级秘书网

[参考文献]

[1]AckermanMJ.TheVisibleHumanProject[J].JBiocommun,1991,18(2):14.

医学图像论文范文第4篇

关键词：医院计算机信息管理系统流程改进电子病历

一、医院计算机信息管理系统功能

医院计算机信息管理系统主要包括：医嘱信息与医疗记录管理，护理信息管理，临床检查信息管理，临床检验信息管理，医学影像信息管理等几个方面的内容。

（一）医嘱信息与医疗记录管理

医嘱信息管理系统是以医师的医嘱为主要管理内容的计算机系统。医嘱信息管理系统的主要作用是自动生成药疗单、治疗单、膳食医嘱、护理医嘱等处置单，减少核对的工作量和差错。同时将医嘱信息通过网络传往收费处代替手工进行自动划价，传往检查科室代替手工申请检查项目。

医嘱信息系统的功能包括：医嘱数据的输入与核对处理；药疗单、治疗单、膳食医嘱、护理医嘱、检查申请和医嘱病历的自动生成处理；根据医嘱、治疗单、检查申请、护嘱生成每天的收费记录处理。

（二）护理信息管理

1．护理信息子系统：是在搜集大量的医疗信息的基础上，按标准化以及数据的准确性、完整性和统一性的要求整理成护理信息。护理信息主要包括：护理分级记录；病人状况记录；入院护理记录；出院护理记录；病房护理记录。

2．护理管理子系统：完成护理活动中对护理资源管理、护理人员管理以及护理实践中的文秘等工作。

3．护理支持子系统：用于责任制护理，辅助护理诊断和制定护理计划，以及为护理科研和教学提供有关的医疗信息等。主要包括：辅助护理诊断、辅助制定护理计划、检索各种医疗信息、护理科研、护理教学。

（三）临床检查信息管理

临床检查信息管理系统的主要作用就是用计算机采集、存贮、传输这些检查的结果记录。充分发挥出辅助诊断治疗的作用。临床检查信息系统不仅解决了医疗中的问题，同时也为收费等管理工作提供了原始数据。临床检查信息系统通常由：申请处理、结果采集、报告生成、结果存贮与传送和结果查询等几个部分组成。

（四）临床检验信息管理

临床检验信息管理系统的功能包括：1.检验申请的输入。当病人需要进行各种检验时，医师能够在计算机上选择所需的项目，由计算机将这些申请单传往检验科室。2.标本采集与编号处理。在采集样本时从计算机中调出检验申请并对将进行的检验项目进行编号，如果使用了条形码，此时将条形码贴在试管上。3.检验与结果数据采集。将检验结果录入计算机系统。目前很多检验项目已使用自动分析仪进行处理，分析完成后能自动将结果传回计算机。4.检验结果的传输。5.检验工作登记。计算机将上述检验申请和结果记录下来，既能够作为检验科室的工作登记记录，又能够根据这些记录进行自动划价并传往收费处。6.检验科室的质量控制。通过计算机记录下质量控制的数据，使检验科室能够随时掌握检验设备的工作情况，计算机绘制出的质控图形使质控情况一目了然。7.检验结果的查询与打印。主要是使临床医师能够很方便地查到所需要的检验结果。

（五）医学影像信息管理

医学影像信息的管理是医院辅诊检查信息管理的一种。但由于医学影像的数据量比一般文字信息大几个数量级，这给医学影像的管理带来了许多技术问题，主要是影像的存贮、传输、显示都与一般文字信息有很大的区别。系统建成后，医院的影像检查设备可与计算机管理系统联网，临床医师可以在每个病房中使用联网的微机显示出所需的图像，包括：CT图像、核磁共振图像、超声图像、内窥镜图像、病理切片和电镜图像、血管造影图像、核医学检查图像、X光图像等。

二、医院计算机信息管理系统在医院管理中的作用

（一）正确无误的综合信息统计分析是领导和管理部门的决策依据

医院医疗信息通常可归为二类：一类是效率管理指标，一类是质量管理指标。效率指标包括伤病员流动情况，床位周转和使用情况等。质量指标包括治疗情况、手术情况、床位周转和诊断符合情况等。这些指标在一定程度上可真实反应一定时期内医院的收治情况、伤病员的人员结构情况、床位周转使用情况，同时从管理上掌握目前治疗水平高低和病种分布情况，经过计算和统计分析，院领导和职能部门可根据这些信息和数据作出一系列相应调整措施，出台一些适应当前情况的政策，使医院在收治上适应病人分布，在经费使用上减少流失和浪费，药品采购上少占资金，技术力量调整上渐趋合理。因此，准确、及时、可靠的信息反馈及综合分析是领导决策不可缺少的依据。

（二）医疗信息的计算机处理对各个管理环节进行实时监控计算机是医疗信息处理必不可少的工具。计算机信息管理系统解决了涉及钱、财、物等环节的管理，对这些数据的流向从根本上加以控制和管理，使各级管理部门能从宏观和微观两个方面对这些重点环节实施监控。因此，信息管理的计算机网络化是对管理环节实时监控的重要手段。

（三）病案信息是科研、教学、总结经验、提高医疗质量的最好资料

病案是病人住院期间的全部检查治疗过程的真实记录。病案信息的管理既为科研教学提供原始信息资料，又为医疗质量控制提供依据。同时也反映了医疗质量水平的高低。

（四）提供优良的医学期刊信息服务也能为提高医疗水平和业务技术建设发挥作用

医学期刊是医学科技文献的重要组成部分，是报道科研成果的主要途径。它不仅可以推动医学科学技术的发展及交流，而且在医院业务建设上也起着不可低估的作用。这是因为医学期刊是传播新技术、新创造、新信息、新科研设计及医学发展新动向的主要媒体，它为科学研究的交流和推广提供了园地。

医学图像论文范文第5篇

边缘检测是大多数图像处理必不可少的一步,它的任务就是使边缘精确定位和噪声被抑制。尽管边缘还没有精确而广泛承认的数学定义,一般文献都认为局部极值点或灰度发生急剧变化的点即为边缘点[8],它可以粗略地分为阶跃边缘(stepedge)和屋顶边缘(roofedge)两种。经典的微分边缘检测算子利用的是边缘处的一阶导数最大或最小,阶跃边缘点处二阶导数呈零交叉或屋顶边缘点处二阶方向导数取极值等,由于梯度算子对噪声很敏感,Pre-witt首先提出了用曲面拟合法来做边缘检测。

近年来,随着数学和人工智能的发展,出现了一些新的边缘检测方法,如数学形态法[10]、小波变换法[13]、神经网络法[14]、模糊检测法[12]、IFS边缘检测算子[16]等等。这些算子都在力图最大程度地抑制噪声和多尺度地探测真正的边缘,但针对不同的图像,并没有一个通用的最佳检测算子,读者可以根据具体情况选择使用。边缘检测算子在医学图像上的应用主要体现在医学图像的匹配、肿瘤病灶的确定、造影血管的检测、冠心病的诊断、左心室边缘的抽出等等。

2边缘检测方法

2.1微分法一阶导数法:

不管是阶跃边缘点还是屋顶边缘点,它的一阶导数都具有局部极值。先对图像的每一个像素求一阶差分,取适当的门限,当某点的一阶导数大于门限值时便被定为边缘点,梯度算子和Robert算子[8]便是这类简单算子,由于噪声也表现为灰度的急剧变化,这类算子对梯度非常敏感,常产生一些孤立点。Prewitt和Sobel[7]边缘检测算子在进行微分以前,先进行邻域平均或加权平均,这样虽然抑制了噪声,同时也模糊了边缘,使检测结果较粗。于是就出现了Kirsch算子[9],它是一个3×3的非线性算子,其基本思想是尽量使边缘两侧的像素各自与自己的同类像素取平均,然后再求平均值之差,从而减少由于平均而造成的边缘细节丢失,它的缺点是增大了计算量。二阶导数法:此类方法利用的是边缘点处二阶导数呈零交叉或取极值。

Laplacian算子[7]的二阶导数定义为:2f(i,j)=2xF(i,j)+2yF(i,j)=f(i+1,j)+f(i-1,j)+f(i,j+1)+f(i,j-1)-4f(i,j)若22F(i,j)在点(i,j)处发生零交叉,则(i,j)为阶跃边缘点。而对屋顶边缘,则取适当的门限,当门限大于上式取值的相反数时,则为屋顶边缘点。Laplacian算子相当于高通滤波,常产生一些虚假边缘,因此,Marr提出先对图像用高斯函数进行平滑,再用Laplacian算子对平滑后的图像求二阶导数的零交叉点作候选边缘,这就是著名的LOG算子[5]。由于LOG算子的优点,一经提出,便成为研究热点。

因其计算繁复,Chen,Forshaw等人研究出了LOG算子的快速算法。Torre和Poggio在文献[1]中指出:边缘检测应该有两个步骤:滤波和微分,而在进行计算时,滤波和微分往往是同时进行的。滤波器除了抑制噪声外,还须具有将微分引起的ill-posed问题改善为well-posed问题的功能,他们还指出用Gaussian函数对图像滤波并不是最佳滤波,而只是在某些条件下的近似最佳滤波。Shen证明了指数滤波器是一阶最佳滤波器,并给出了边缘检测的递归算子[2]。事实上,Canny早就在文献[3]中证明了一维空间的指数滤波器的最佳性,并提出了边缘检测的准则,即精确定位准则、良好的检测能力准则和边缘点的一对一响应准则。

他还证明了最佳滤波实际是用高斯函数的一阶导数来滤波,并导出了二阶边缘检测最佳算子。由于Canny算子的良好特性,它已成为很多边缘检测器设计的比较标准。

2.2曲面拟合法Prewitt首先提出用曲面拟合作边缘检测,他用关于坐标的n阶多项式对原始图像{f(i,j)}作最小二乘方意义下的最佳拟合,设Pn(i,j)是关于像素点的n阶多项式:Pn(i,j)=ΔΣnk=0Σnl=0ak,likjl在以(i,j)为中心的图像窗口Wn中估计参数{ak,l,k,l=0,...,n},使得:E=Σi,j∈Wn[f(i,j)-Pn(i,j)]2的值为最小,由此得到窗口Wn内图像的最佳拟合曲面,然后用简单的边缘检测算子检测边缘。

Hueckel算法则采用分段线性函数对原始图像作最佳拟合,然后对拟合参数作简单的门限划分,则可确定出边缘点。该方法对阶跃边缘效果较好,但是计算复杂,若要检测屋顶边缘则须更复杂的拟合。Haralick[4]没有采用Hueckel所作的平坦模型假设,他认为图像表面由很多斜度不同的斜面构成,而不同斜度的斜面构成的交线即为边界。在文献[4]中,他提出用离散正交多项式对原图像每一像素的某邻域作曲面最佳拟合,求得估计参数,在拟合曲面上求二阶方向导数得零交叉点,最终提取出边缘点。

利用曲面拟合进行边缘检测,其精度可以达到亚像素级,Huertas等[6]作了仔细地研究,他们先在像素级用LOG算子定出零交点,即边缘,再以边缘点为中心的八邻域内用Haralick曲面拟合,从而得到亚像素级的边缘。这样得到的边缘具有光滑、连续的优点。但是Nalwa和Binford在文献[26]中指出:如果曲面模型没有选择恰当的话,边缘的定位会非常糟糕,为此,他们特别定义了边缘元素(Edgel-Edgeelement)来研究曲面拟合的方法。

2.3数学形态学方法自法国数学家Matheron和Serra等人提出数学形态学以来,它在图像处理上的应用却是近年来的事[10],而且也由单一地处理二值图像到处理灰度图像。

数学形态学是一门建立在集论基础上的学科,它是几何形态学分析和描述的有力工具,它用于图像处理的两种基本运算是腐蚀和膨胀,它们的不同逻辑组合组成开、闭运算,通过边缘强度算子ES(f)就可检测出边缘。

图像经边缘强度算子作用在跳跃边缘处形成凸脊,在屋顶边缘处形成凹谷。运用不同的结构元和结构运算的不同逻辑组合即可检测出不同的边缘。形态学边缘检测的代表是:BM法、ATM边缘检测法等。利用形态学检测边缘,可针对具体的图像选择合适的结构元,检测出特定的边缘。

2.4模糊算子法模糊数学是一门新兴学科,自1965年Zadeh发表第一篇模糊集论文以来,它在各个领域的应用发展迅速。近年来,它在信号和图像处理中都有若干成功的应用。1995年,陈武凡等[12]首次提出了广义模糊集合的概念,之后,它在图像处理领域取得了多方面的应用成果,边缘检测就是其中较成功的应用之一。

它具有比常规处理方法更快速、更优质的特点。应用广义模糊算子(GFO)进行边缘检测的思想是:先在原始输入图像X基础上产生广义性质集P,再利用GFO产生P'''',对P''''进行逆变换生成X'''',最后对X''''作简单的阈值即可得到边缘图像输出。用GFO检测出来的边缘具有宽度小,信噪比高的优点。

2.5时-频分析法时域和频域是信号分析的两大领域,傅立叶变换把信号的时域特征和频域特征联系起来,使我们能分别从时域和频域观察信号,但是却不能把两者结合起来。于是出现了时窗法和频窗法来反映频率特性随时间的变化,但是这两种方法都存在时间和频率不能同时具有高分辨率的缺陷,这正深刻地反映了时间和频率测量上的测不准原理。而边缘却需要在时间和频率上同时定位。近年来,小波分析在图像处理的各个方面都得到了应用。

小波被誉为“数学显微镜”,可以在不同的尺度上得到信号的细节。用小波变换提取边缘的思想如下[13]:从信号处理的角度,边缘表现为信号的奇异性,而在数学上奇异性由Lipschitz指数标志。小波理论已经证明Lipschitz指数可由小波变换的跨尺度的模值极大值计算而来。所以只要检测小波变换的模值极大值即可检测出边缘。在文献[13]中,Mallat等还证明,一个多尺度的Canny边缘检测器就等价于寻找小波变换的局部极大值。利用小波的多尺度特性可以实现在大尺度下抑制噪声,可靠地识别边缘,在小尺度下精确定位。利用多进制小波还可实现任意尺度的检测而不受二进小波的限制。

2.6神经网络法近年来,由于神经网络算法强大的非线性表示能力及学习功能,在模式识别等多方面取得了较多成功的应用。用神经网络提取边缘也逐步得到了应用[14]。其基本思想是:先将输入图像映射为某种神经网络,然后输入一定先验知识-原始边沿图,再进行训练,直到学习过程收敛或用户满意为止。

用来检测边缘的神经网络一般采用BP网、Hopfield网等。由于神经网络提取边缘利用了原图的已有知识,是从宏观上认识,微观上提取细节,所以它具有很强的抗噪能力。但是如何得到先验知识却是一个难题。

2.7其它方法人们一直在探索能很好地定位和去噪的边缘算子,除了上面介绍的一些主要方法外,还出现了一些如:标记-松弛匹配方法、自组织聚类法、遗传算法、动态规划法、IFS法、矩不变边缘检测法、最小代价函数法等等。

3边缘检测

在医学图像中的应用随着计算机技术的发展,计算机医学图像在临床诊断和治疗中起着越来越重要的作用。医学图像主要包括:X线图像、CT图像、超声图像、放射性同位素(RT)图像、体表图像、显微图像等,为了得到表征人体生理变化过程(如器官新陈代谢,脑神经活动)的图像,又出现了单探头光子断层扫描技术(SPECT)以及正电子断层扫描技术(PET)等。不管是哪一种医学图像,它的临床应用是与图像处理技术密不可分的,而边缘检测技术又是最重要的图像技术之一,它在医学图像处理中的应用如下:

3.1在医学图像匹配中的应用医学图像匹配是指将不同时间对同一部位的图像对准融合,以得到一个综合图像,备图像分割等后续处理。基于边缘的医学图像匹配是其中的一个大类。它可以将来自不同形式的探测器(如MRI、X-CT、PET、SPECT)得到的医学图像,利用计算机技术将它们对应的相同的生理学解剖位置标记出来,也可以将实采图像与标准医学图像(如TohnHop-kins大学的Talarirach图谱,A.C.Evans等人的MRI图谱,INRIA的CT图谱等)匹配,以标明某些特定属性,例如可以识别和显示特定的解剖结构以帮助外科医生定位或避开某一结构。1989年,Bar-too等人在头颅冠面CT图、MR图及SPECT图的匹配研究中,首先就是采用数学形态学的方法,从CT图、MR图和SPECT图中抽出颅骨、大脑和脑室的边缘,然后才在抽出边缘的基础上进行定位、配准。

3.2在各种肿瘤及赘生物诊断上的应用在医生手术前,精确地定出肿瘤或赘生物的位置及大小是极其重要的.而现在很多门诊中,都是靠手工跟踪肿瘤或赘生物的边缘,这种手工操作既费时间又不准确。近年来出现了许多基于边缘和知识的半自动或自动检测方法[20,21]。YanZhu[17]等用Hopfield神经网络实现了MRI中的脑部肿瘤边缘的自动检测,他们先选一个初始层对其作低通滤波器去噪声,再用腐蚀和膨胀算子进行肿瘤的初始边界探测,最后,再用Hopfield神经网络基于初始边界作自动探测,它的输出准确地定出了肿瘤的边缘,且为之准确重建打下了基础。

3.3在左心室边缘抽取中的应用心脏功能评论的一个经典方法就是对含有心室图信息的量化评判,而左心室作为强有力的血泵状况在心脏功能评估中占有举足轻重的作用。在得到面积、体积变化、喷射量、压力-容积比等参数前,首先的一步就是左心室轮廓的抽取。人工跟踪心室边缘存在耗时和重复性差等缺点,Clayton等分别作了半自动检测左心室边缘的工作,先由人指定一些边缘点,通过人机交互过程来完成左心室边缘的最后的检测。许多研究人员也作了全自动检测的尝试,如Chow和Kanko。Grattoni[18]等则采用基于知识的启发式搜索法来完成左心室轮廓的抽取,这个知识就是用27×27的Sobel算子检测到的初始边缘。

3.4在各种血管边缘抽取中的应用各种血管疾病,如冠状动脉粥样硬化、栓塞、狭窄等的发病率,近年来呈上升趋势。在临床诊断中,人们可用造影剂对可疑血管部位注射,然后通过成影得到血管,而通过边缘检测等技术获得血管边缘,供医生诊断。陈武凡等人用广义模糊算子从造影图得到减影图,进而用2.4节介绍的方法获得连续的血管边缘。但是,一般方法很难检测到直径小于1mm的血管,于是Sanka[19]等采用了两步自适应算法,先是用一定的权重,将11×11的Sobel边缘检测模板和21×21的LOG模板结合起来,以产生初始边缘图,然后在此基础上用传统的边缘检测算子即可成功地检测出所有大小直径的血管,且小于1mm直径的血管被清楚准确地检测了出来。

4几种边缘检测算子的比较研究