第2章醫(yī)學(xué)圖像基礎(chǔ)-2

2.6圖像體數(shù)據(jù)集2.6.1體數(shù)據(jù)集(VolumeDataset)許多醫(yī)學(xué)圖像（特別是斷層圖像Tomography）例如，CT、MR、PET等采集的數(shù)據(jù)均為體數(shù)據(jù)集。體數(shù)據(jù)文件可有多種格式，例如：DICOM3，MinC等。體數(shù)據(jù)，雖為3D，但在機(jī)器內(nèi)部表示仍是一數(shù)據(jù)序列（數(shù)組）。特點(diǎn)是可以整體進(jìn)行處理，例如分割、配準(zhǔn)和顯示等。2.6.2體數(shù)據(jù)文件格式體數(shù)據(jù)文件頭體數(shù)據(jù)一般由文件頭與數(shù)據(jù)區(qū)兩部分組成。文件頭可包括受試者（subject）及圖像本身的信息。

文件類型病人ID采集時(shí)間圖像類型圖像尺寸強(qiáng)度分辨顏色保留‘MIL’Wang20000305TIW256x256x128256黑白B&W彩色RGB

3B20B8B5B2B+2B+2B1B3B18B由一些關(guān)于病人信息及數(shù)據(jù)格式的字段組成。究竟設(shè)置多少個(gè)字段，每個(gè)字段占多少字節(jié)，完全是根據(jù)需要設(shè)置。

數(shù)據(jù)區(qū)（DataBlock）數(shù)據(jù)區(qū)由各體素（voxel）強(qiáng)度值簡(jiǎn)單排列組成。排列的順序是每一層面逐行逐個(gè)體素。對(duì)于圖像體素進(jìn)行處理須根據(jù)該體素在體數(shù)據(jù)集中的位置，例如所在的行、列號(hào)，通過計(jì)算索引。

Header100

100100

100…100

100

yxzX-YSlices思考題:如何顯示圖中所示平面上的圖像?示例：體數(shù)據(jù)文件的生成與顯示

目的：掌握體數(shù)據(jù)文件的文件格式，并做到冠狀、矢狀和橫斷面分層顯示方法。任務(wù)：對(duì)不同形狀的物體，構(gòu)造3D體數(shù)據(jù)文件，例如長(zhǎng)方體（x=y≠z）、空心圓柱體、空心球體和實(shí)體三棱錐的體數(shù)據(jù)文件；具體要求如下：文件名的后綴為mil；整個(gè)圖象空間為100*100*64；構(gòu)建二值圖像，背景灰度=10，對(duì)象灰度=200；物體位置居中（第10－57層）；顯示volumeData，程序自編，良好界面，能顯示任意層面圖像；體數(shù)據(jù)文件的構(gòu)造字段名稱文件類型圖像大小灰度分辨顏色保留字段賦值‘MIL’100*100*648‘B&W’0字節(jié)數(shù)3B2B+2B+2B1B3B18B長(zhǎng)方體的軸向面（x,y平面）為相等的正方形，矢狀面（x,z平面）和冠狀面(y,z平面)為兩塊大小相等的長(zhǎng)方形

軸向面矢狀面冠狀面空心圓柱體的軸向面為相等的圓環(huán)，矢狀面和冠狀面均為兩塊分離且大小相等的矩形

軸向面矢狀面冠狀面

空心球體的軸向面、矢狀面、冠狀面均為點(diǎn)、

半徑不同的圓及圓環(huán)。軸向面矢狀面冠狀面三棱錐軸向面為三角形，矢狀面和冠狀面因軸向面三角形的形狀與擺放方位不同，而有不同的形狀（梯形或三角形）。

軸向面矢狀面冠狀面2.7圖像插值技術(shù)2.7.1插值的概念插值（Interpolation）是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中常用的方法。變量x的變化規(guī)律可能遵循某一函數(shù)關(guān)系f(x)，但是通常只測(cè)得有限個(gè)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)y1,y2,y3,…,yn。從已有數(shù)據(jù)點(diǎn)產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)點(diǎn)的技術(shù)稱作插值技術(shù)。例如，已知

從y1,y2計(jì)算從兩個(gè)端點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算內(nèi)部的數(shù)據(jù)點(diǎn)稱作內(nèi)插。若待產(chǎn)生數(shù)據(jù)點(diǎn)x3在兩個(gè)端點(diǎn)數(shù)據(jù)之外，則需用外延法（Extrapolation）。2.7.2圖像灰度插值

為什么要做圖像灰度插值？(1)斷層掃描圖像，例如CT,MR和PET等，掃描數(shù)據(jù)是各層片位置上的強(qiáng)度（灰度）數(shù)值，層的間隙處沒有數(shù)據(jù)。有時(shí)我們要從一些掃描的層片數(shù)據(jù)重建物體的表面或三維結(jié)構(gòu)，由于片數(shù)不足，缺乏第三維的信息。重建的圖像往往是很薄的一段，產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，失去三維的意義。這時(shí)就要在這些層片中內(nèi)插一些層片。但這些新插入層片的數(shù)據(jù)不是直接來源于實(shí)際測(cè)試，而是通過算法從已有層片計(jì)算出來的。Atomicforcemicroscopyimagingand3-Dreconstructionsof

serialthinsectionsofasinglecellanditsinteriorstructures

Ultramicroscopy103(2005)173–182

YongChena,b,JiyeCaib,,TaoZhaob,ChenxiWangc,ShuoDongd,

ShuqianLuod,ZhengW.Chena細(xì)胞內(nèi)線粒體的量化與分布分析，從6個(gè)不等間距的層片，經(jīng)插值到10片，進(jìn)行三維重建。為什么要做圖像灰度插值？(2)對(duì)一幅圖像有時(shí)想從某一特定角度或斷面進(jìn)行觀察，觀察平面可能并不通過原來數(shù)據(jù)格點(diǎn)，這時(shí)，也要對(duì)顯示斷面進(jìn)行灰度插值。為什么要做圖像灰度插值？(3)插值技術(shù)還是醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的重要準(zhǔn)備工作之一。例如，待配準(zhǔn)的3DCT（512

512），象素尺寸0.9mm

0.9mm

1mm,而MR體數(shù)據(jù)集（256

256），象素尺寸1.2mm

1.2mm

3mm。要配準(zhǔn)這兩幅圖像，往往要使他們具有相同的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，這也要用到插值技術(shù)。再采樣（Resampling）為滿足某些特定的要求,有時(shí)須對(duì)已有的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行重組,構(gòu)成一個(gè)新的數(shù)據(jù)集。這種技術(shù)又稱作再采樣（Resampling），或重新采樣。對(duì)再采樣的要求是，圖像的分度變，數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)變，但物體的形狀、性質(zhì)不變。對(duì)于一個(gè)特定的圖像數(shù)據(jù)集，有時(shí)要做多分辨（多尺度）處理。這時(shí)如果只是在原來格點(diǎn)數(shù)據(jù)重選擇一部分使用就無須使用插值技術(shù)，將不用的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單拋棄即可。這個(gè)過程稱做子數(shù)據(jù)集采樣（Sub-sampling）。反之，若使原來格點(diǎn)數(shù)據(jù)增加即提高分辨，就需要插值，稱做超數(shù)據(jù)集采樣（Super-sampling）。

2.7.3二維圖像灰度插值方法最近鄰插值（Zero-orderorNearest-neighbour

Interpolation）

最近鄰插值(簡(jiǎn)稱NN插值)就是用四個(gè)相鄰格點(diǎn)中與(u0,v0)點(diǎn)最近的點(diǎn)的灰度值作為該點(diǎn)灰度值。假設(shè)，圖中整數(shù)坐標(biāo)(u,v)點(diǎn)與(u0,v0)點(diǎn)距離最近，則有這種插值方法的特點(diǎn)是只用到距離及一個(gè)點(diǎn)的灰度值，簡(jiǎn)單、快速。但當(dāng)像素間灰度差值大時(shí)，此法的誤差也較大。

雙線性插值法（BilinearInterpolation）

用[S]表示不超過S最大整數(shù)，則根據(jù)(u0,v0)4個(gè)鄰點(diǎn)灰值，插值計(jì)算本質(zhì)：根據(jù)4個(gè)鄰點(diǎn)灰值，做兩方向、共3次線性插值。特點(diǎn)：一般能夠得到滿