上个世纪在医疗成像范畴完成的技能前进为非侵入确诊发明了史无前例的时机，并建立医疗成像作为医疗健康体系的组成部分。代表这些前进的首要立异范畴之一是医疗图画处理的跨学科范畴。
这一快速开展的范畴触及从原始数据收集到数字图画传输的广泛流程，而这些流程是现代医疗成像体系中完好数据流的根底。现在，这些体系在空间和强度维度方面供给越来越高的分辨率，以及更快的收集时刻，然后发生很多优质的原始图画数据，有必要正确处理和解读这些数据才干取得精确的确诊成果。
本文要点介绍医疗图画处理的要害范畴，考虑特定成像方式的环境，并评论该范畴的首要应战和趋势。
医疗图画处理的中心范畴
有许多概念和办法用于构建医疗图画处理范畴，这些概念和办法侧重于其间心区域的不同方面，如图1所示。这些方面构成此范畴的三个首要进程——图画构成、图画核算和图画办理。
图1.医疗图画处理中主题类型的结构分类。
图画构成进程由数据收集和图画重构进程组成，用于回答数学反演问题。图画核算的意图是进步重构图画的可解读性并从中提取与临床相关的信息。终究，图画办理处理所获取图画和派生信息的紧缩、存档、检索和传输。
图画构成
数据收集
图画构成的第一个必需进程是收集原始成像数据。该数据包含有关描绘身体各内部器官的捕获物理量的原始信息。这些信息成为一切后续图画处理进程的首要主题。
不同类型的成像方式能够运用不同的物理原理，由此触及不同物理量的勘探。例如，在数字射线照相(DR)或核算机断层扫描(CT)中，它是入射光子的能量；在正电子发射断层扫描(PET)中，它是光子能量及其勘探时刻；在磁共振成像(MRI)中，它是由激起原子发射的射频信号的参数；而在超声波中，它是回声参数。
可是，无论是哪种类型的成像方式，数据收集进程都能够细分为物理量的勘探，还包含将物理量转换为电信号、对收集的信号进行预调度，以及物理量的数字化。表明一切这些进程均适用于大多数医疗成像方式的一个通用框图如图2所示。
图2.数据收集进程的通用框图。
图画重构
图画重构是运用获取的原始数据构成图画的数学进程。关于多维成像，该进程还包含以不同视点或不同时刻进程捕获的多个数据集的组合。这部分医疗图画处理处理的是反演问题，这是该范畴的根本主题。用于处理这类问题的算法首要有两种——剖析和迭代。
剖析法的典型示例包含广泛用于断层扫描的滤波反投影(FBP)；在MRI中尤为重要的傅里叶改换(FT)；以及延时叠加(DAS)波束成型，这是超声查看中一种不可或缺的技能。这些算法在所需的处理才能和核算时刻方面精巧而高效。
但是，它们根据理想化模型，因此有一些显着的局限性，包含它们无法处理比如丈量噪声的核算特性和成像体系物理等杂乱要素。
迭代算规律克服了这些局限性，极大地进步了对噪声的不敏理性以及运用不完全原始数据重构最优图画的才能。迭代法一般运用体系和核算噪声模型，根据初始方针模型运用假定系数核算投影。核算出的投影与原始数据之间的差异界说用于更新目标模型的新系数。运用多个迭代进程重复此进程，直到将映射估计值和真值的价值函数最小化，然后将重构进程融入终究图画。
迭代法有很多种，包含最大似然希望最大化(MLEM)、最大后验(MAP)、代数重建(ARC)技能以及许多其他现在广泛运用于医疗成像方式的办法。
图画核算
图画核算触及对重建成像数据运算的核算和数学办法，用于提取临床相关信息。这些办法用于成像成果的增强、剖析和可视化。
增强
图画增强优化图画的改换表明，以进步所包含信息的可解读性。其办法可细分为空间域和频域技能。
空间域技能直接作用于图画像素，关于对比度优化特别有用。这些技能一般依赖于对数、直方图和幂律改换。频域办法选用频率改换，最适合于通过运用不同类型的滤波器对图画进行滑润和锐化。
运用一切这些技能能够削减噪声和不均匀性，优化对比度，增强边际，消除伪像，以及改进对后续图画剖析及其精确解读至关重要的其他相关特性。
剖析
图画剖析是图画核算中的中心进程，它运用的各种办法可分为三大类：图画切割、图画配准和图画量化。
图画切割进程将图画切割为不同解剖结构的有意义概括。图画配准可保证多个图画正确对齐，这关于剖析时刻改变或组合运用不同方式获取的图画特别重要。量化的进程决议了所辨认结构的性质，如体积、直径、成分和其他相关的解剖或生理信息。一切这些进程都直接影响到成像数据的查看质量和医学成果的精确性。
可视化
可视化进程将图画数据呈现为在界说的维度上以特定方式直观地表明解剖和生理成像信息。通过与数据直接交互，能够在成像剖析的初始阶段和中心阶段进行可视化（例如，帮忙切割和配准进程），并在终究阶段显现优化的成果。
图画办理
医疗图画处理的终究一部分触及对所获取信息的办理，包含用于图画数据存储、检索和传输的各种技能。拟定了若干规范和技能，用于处理图画办理的各个方面。例如，医疗成像技能图画存档与传输体系(PACS)供给对来自多种方式的图画的经济存储和拜访，而医学数字成像和通讯(DICOM)规范用于存储和传输医疗图画。图画紧缩和流传输的特别技能高效地完成了这些使命。应战和趋势
医疗成像是一个相对保存的范畴，从研讨过渡到临床运用一般或许需求十多年的时刻。但是，它的性质杂乱，在其构成科学学科的各个方面都面临着多方面的应战，这稳步推动了新办法的不断开展。这些开展代表了在当今医疗图画处理中心范畴能够确认的首要趋势。
图画收集范畴获益于为进步原始数据质量和丰厚其信息内容而开发的立异硬件技能。集成的前端处理方案可完成更快的扫描时刻、更精密的分辨率和先进的架构，如超声波/乳房X线照相术、CT/PET或PET/MRI组合体系。
快速高效的迭代算法替代了剖析法，越来越多地用于图画重构。它们能明显改进PET的图画质量，削减CT中的X射线剂量，并在MRI中进行紧缩检测。数据驱动的信号模型正在替代人工界说的模型，根据有限或噪声数据为反演问题供给更好的处理方案。代表图画重构趋势和应战的首要研讨范畴包含体系物理建模和信号模型的开发、优化算法以及图画质量评价办法。
跟着成像硬件捕获越来越多的数据，算法变得越来越杂乱，人们迫切需求更高效的核算技能。这个巨大的应战可通过更强壮的图形处理器和多处理技能处理，为从研讨过渡到运用供给全新的时机。
与图画核算和图画办理这一改变相关的首要趋势和应战包含许多主题，其间一些主题如图3所示。
图3.当今医疗图画核算中的首要趋势主题示例。
与一切这些主题相关的新技能不断开展，缩小了研讨与临床运用之间的距离，促进了医疗图画处理范畴与医生作业流程的整合，保证完成更精确、更牢靠的成像成果。
ADI公司供给多种处理方案，用以满意对数据收集电子规划提出的最严苛的医疗成像要求，包含动态规模、分辨率、精确性、线性度和噪声。下面是为保证原始成像数据最高初始质量而开发的此类处理方案的几个比如。
专为DR运用规划了带256通道的高度集成的模仿前端ADAS1256。具有超卓线性度的多通道数据收集体系ADAS1135和ADAS1134可最大极限地进步CT运用的图画质量。多通道ADC AD9228、AD9637、AD9219和AD9212通过优化后具有超卓的动态功能和低功耗，可满意PET要求。流水线ADC AD9656为MRI供给超卓的动态功能和低功耗特性。集成式接收器前端AD9671专为要求小尺度封装的低成本、低功耗的医疗超声运用而规划。
定论
医疗图画处理是一个非常杂乱的跨学科范畴，包含从数学、核算机科学到物理学和医学的很多科学学科。本文企图提出一个简化但结构杰出的中心范畴结构，此结构代表该范畴及其首要主题、趋势和应战。其间，数据收集进程是第一个也是最重要的范畴之一，它界说医疗图画处理结构一切后续阶段中运用的原始数据的初始质量水平。
作者简介
Anton Patyuchenko于2007年取得慕尼黑技能大学微波工程硕士学位。结业之后，Anton曾在德国航空航天中心(DLR)担任科学家。他于2015年参加ADI公司担任现场运用工程师，现在为ADI公司战略与要点客户供给现场运用支撑，首要担任医疗健康、动力和微波运用。联系方式：anton.patyuchenko@analog.com。
