Chapter 0 Introduction to Medical Image Processing 國立雲林科技大學 資訊工程研究所 張傳育(Chuan-Yu Chang ) 博士 Office: ES 709 TEL: 05-5342601 ext. 4337 E-mail: chuanyu@yuntech.edu.tw http://mipl.yuntech.edu.tw

Outline of the course Introduced to medical image X光影像(X-ray imaging) 電腦斷層掃描(computerized tomography, CT) 核磁共振造影(magnetic resonance imaging, MRI) 正子電腦斷層攝影 (Positron Emission Tomography, PET) 超音波攝影( Ultrasound ) 血管造影術：(angiography)

Outline of the course The basic concepts of digital image process Image Enhancement Image Restoration Image Segmentation Morphological Image Processing Color Image processing

Outline of the course From clinical point of view, Single-modality-based diagnose Outlining of boundaries of organs and tumors Segmenting the suspiciously lesion. Multi-modality-based diagnose Image transformation Image registration The useful technologies for medical image processing: Image fusion Image Reconstruction Interpolation PCA K-means Eigeniamge

Introduction to medical image X光影像(X-ray imaging) 將受檢部位置於X光球管與X光底片之間， 當 X光照射並穿透組織後便在X光底片上感光，再經暗房沖洗處理便得醫療上所見之X光片

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Introduction to medical image 電腦斷層掃描(computerized tomography, CT) 「電腦斷層攝影術」也是一種使用 X 光線做攝影的技術方法。但與一般的 X 光攝影不同的是，它能夠從四面八方各方向將光線射入，而將所得的影像以電腦重新組合起來，變為人體的橫斷層影像，且可以每隔五到十公釐 (mm) 做一橫斷層影像，所以對體內各器官組織和病變，可以得到詳細的影像，也就可以得到較詳盡的訊息，而使診斷較容易而正確。

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Introduction to medical image 電腦斷層掃描攝影之原理 電腦斷層掃描攝影之基本原理簡介如下：首先，X-光由X-光球管(X-rayTube)產生，穿透不同密度(density)之受檢體而產生不同程度之衰減(attenuation)後，這些強弱不同之X-光，由位於對側之偵測器(detector)吸收並且測量；偵測器將之轉換成大小不一之電流並放大，然後再將這些資料傳給電腦。經過X-光對受檢體某一切面做360度照射掃描後，電腦便能將其所收集到的資料運算成為受檢體此一切面上任一點之X-光衰減值，此點稱為畫素(voxel)，電腦便以不同程度之灰階(grayscale)表示此點而成為 一面素(pixel)，最後將所有的面素組合起來，便成為此一切面之影像。

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Introduction to medical image 核磁共振造影(magnetic resonance imaging, MRI) 「磁共振攝影術」是利用一特殊的原子核在定磁場中，再將一定周波的電磁波送入時，引起共振而將此共振產生的熱量以電腦變為影像的技術。電腦斷層主要是用在檢查形態上的變化，磁共振攝影則可以檢查形態上的變化外，還可以辨別出生體組織的生化學上及機能上的變化， 磁共振檢查，不但可以免除 X 光線照射的危險，客觀性也較大，是一種很好的檢查方法。只是現在費用仍過於 昂貴，因此還不能普遍使用

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Introduction to medical image 正子電腦斷層攝影 (Positron Emission Tomography, PET) 正子電腦斷層攝影PET是一種非侵襲性之核子醫學造影技術。正子放射藥物經由吸入、吞食或注射而進入體內，然後再以 PET 偵測此放射藥物在體內之分佈，它將隨著時間而有所改變，藉以用來作全身器官組織之功能性造影檢查； 屬於功能性或代謝性的診斷工具，它不但能分辨腫瘤或組織壞死，對淋巴轉移或遠端轉移，有更清晰的顯示。

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Introduction to medical image 超音波攝影( Ultrasound ) 從超音波的探頭，發出超音波送入體內時，因組織的密度的不同，會有不同的回響，而把這種回響變為影像， 在顯示機的螢幕上面顯示出來時，由不同的影像就可以看出，不同的組織及病變。 因超音波攝影的設備較簡單，可隨意移動，且操作簡單，費用又不高，而且因沒有使用 X 光線，而被認為對人 體無傷害，所以現在已成為影像診斷的第一選擇。但是，還是有它的缺點，就是因為需要依靠操作人的技術上的 熟練度，而較缺客觀性。

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Introduction to medical image 血管造影術：(angiography) 「血管造影術」是把能顯影出血管的藥劑，注射到血流中再攝影的技術。因血流的流向、血管的粗細及分支的 情況都可以攝影出來，所以從血管的各種變化能做出各種疾病的區別診斷。這一種方法 ，因需純熟的專門技術，又是屬於對身體有侵襲性的動作，因此應留在有必需的情況下才來實施。

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Medical image segmentation Abdominal MR image Otsu’s Cheng’s CCBHNC

Medical image edge detection III. MR Knee (a) The original MR knee joint based transverse image (b) result by the Laplacian-based method with threshold=5. N=7, d=1, (c) result by Marr-Hildreth’s method (N=9, d=1). (d) result by CHEFNN (p=q=2, A=0.01, B=0.03).

Image Registration The registration of medical scans is the process of finding correct alignment or the proper spatial relation of one medical scan with reference to another

Image Registration Assessment of NPC with bony involvement CT T1 PD T2

Image Transformation Image transformation is the process that uses the space overlapping information from two sets of medical images acquired from different acquisition angles, and transforms them into images that are in the same angles and the same cross section.

Image Transformation Truth horizontal axial image (b) Transformed (c) Difference of (a) and (b)

Tumor Detection K-means 2nd PCA Eigenimage filtering STNN