隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像處理、分析與識(shí)別技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程和臨床醫(yī)學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域受到廣泛重視并取得了重大的開(kāi)拓性成就。
由于數(shù)字心血管圖像的數(shù)據(jù)量巨大，且圖像通常受噪聲污染嚴(yán)重，對(duì)比度低，存在多種影響視覺(jué)效果的偽像。若由醫(yī)生手動(dòng)完成對(duì)圖像的分析和解讀（包括找出存在病變的圖像、提取血管壁內(nèi)外膜（包含斑塊）的邊緣、對(duì)血管腔、血管壁和斑塊組織的形態(tài)進(jìn)行定量測(cè)量以及分析斑塊成分等），將是一項(xiàng)非常煩瑣的工作，而且結(jié)果易受操作者的專業(yè)知識(shí)和臨床經(jīng)驗(yàn)影響。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)，對(duì)心血管圖像進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，可獲得精確、客觀、可重復(fù)性高的分析結(jié)果。
本書主要介紹數(shù)字圖像（包括X射線造影、超聲、OCT、光聲成像等）的成像原理和計(jì)算機(jī)后處理技術(shù)的基礎(chǔ)理論和實(shí)用算法，以及近年來(lái)該領(lǐng)域的相關(guān)新研究成果。全書分為6章，每章都結(jié)合對(duì)臨床圖像的具體實(shí)例敘述其相關(guān)的理論和算法。
第1章介紹數(shù)字圖像處理的概念與分類、發(fā)展概況、基本特點(diǎn)圖像識(shí)別及醫(yī)學(xué)圖像處理的應(yīng)用等。
第2章結(jié)合實(shí)例介紹X射線冠狀動(dòng)脈造影圖像的成像及后處理，包括圖像的濾波去噪、圖像分割（分割血管區(qū)域和提取血管腔輪廓及骨架）、形態(tài)參數(shù)（腔徑、長(zhǎng)度和容積、曲率、撓率、分支夾角等）的定量測(cè)量、運(yùn)動(dòng)參數(shù)的定量估計(jì)、三維重建、佳造影視角的估算等。介紹上述內(nèi)容的基本技術(shù)、研究現(xiàn)狀和目前的發(fā)展趨勢(shì)等。
第3章結(jié)合實(shí)例介紹超聲圖像的成像及后處理，主要包括圖像的濾波去噪、圖像分割（提取血管壁內(nèi)外膜的輪廓和斑塊邊緣）、形態(tài)參數(shù)的定量測(cè)量、斑塊的自動(dòng)識(shí)別和分類、偽影的去除、脫機(jī)門控、三維重建、血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的定量測(cè)量、血管組織定征顯像、與其他圖像的融合等。介紹上述內(nèi)容的基本技術(shù)、研究現(xiàn)狀和目前的發(fā)展趨勢(shì)等。
第4章結(jié)合實(shí)例介紹光學(xué)相干斷層掃描圖像的成像及后處理，主要包括圖像分割（提取血管壁輪廓和斑塊邊緣）、抑制運(yùn)動(dòng)偽影、回顧性脫機(jī)門控以及與超聲圖像的配準(zhǔn)和融合等。介紹上述內(nèi)容的基本技術(shù)、研究現(xiàn)狀和目前的發(fā)展趨勢(shì)等。
第5章介紹融合多種成像方法的冠狀動(dòng)脈虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)，包括該技術(shù)的原理、典型方法和應(yīng)用實(shí)例等。
第6章介紹新興的內(nèi)光聲成像技術(shù)的原理、研究現(xiàn)狀、主要的圖像重建算法以及目前存在的問(wèn)題等。
本書各章之間具有一定的相關(guān)性和獨(dú)立性，每一章既相關(guān)鄰域的研究綜述，又提供了具體算法的原理和對(duì)臨床數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可幫助讀者了解數(shù)字成像技術(shù)的基本原理、圖像后處理的典型方法和發(fā)展趨勢(shì)，了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和一些新研究成果與實(shí)用技術(shù)。
全書由孫正編寫。徐智、黃家祥、胡春紅和姜浩提供了第2章相關(guān)的圖片資料。康元元、楊宇、郭曉帥、田美影、丁偉榮、韓少勤、劉存、劉冰茹、白樺、紀(jì)四穩(wěn)、周雅、董藝、李夢(mèng)嬋、王立欣、胡宏偉、苑園和韓朵朵等碩士研究生完成了書中的圖表制作、文字錄入編排和實(shí)驗(yàn)程序的編寫調(diào)試等工作。另外，本書的出版得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：61372042）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（項(xiàng)目號(hào)：2014ZD31）的資助，在此一并表示衷心的感謝。
由于作者水平與能力有限，書中難免存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。
孫正（1977-），女，河北保定人，博士，碩士生導(dǎo)師，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電子與通信工程系教授。1999年畢業(yè)于天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院光學(xué)技術(shù)與光電儀器專業(yè)，獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位。分別于2002年和2004年在天津大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)獲得工學(xué)碩士和博士學(xué)位。此后進(jìn)入天津大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程博士后流動(dòng)站工作。2005年12月，完成博士后研究工作，并在天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院任教。2006年10月調(diào)入華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電子與通信工程系任教至今。主要從事生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)圖像處理、光纖光電儀器開(kāi)發(fā)等方面的教學(xué)和科學(xué)研究工作。作為負(fù)責(zé)人承擔(dān)3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，1項(xiàng)中國(guó)博士后基金資助項(xiàng)目，2項(xiàng)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助重點(diǎn)項(xiàng)目。已在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇（首席作者），出版一本教材《數(shù)字圖像處理與識(shí)別》，獲得10項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)和3項(xiàng)軟件著作權(quán)（首席發(fā)明人）。
前言
第1章緒論
1.1數(shù)字圖像處理
1.1.1圖像的概念及分類
1.1.2數(shù)字圖像處理的發(fā)展概況
1.1.3數(shù)字圖像處理的研究范疇
1.1.4數(shù)字圖像處理的基本特點(diǎn)
1.1.5數(shù)字圖像處理與相關(guān)學(xué)科的
關(guān)系
1.1.6數(shù)字圖像處理的應(yīng)用
1.2圖像識(shí)別
1.2.1系統(tǒng)的基本構(gòu)成
1.2.2研究現(xiàn)狀
1.2.3應(yīng)用現(xiàn)狀
1.3醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)概述
第2章X射線冠狀動(dòng)脈造影及圖像的
后處理
2.1X射線造影概述
2.1.1X射線成像的基本原理
2.1.2X射線的衰減和對(duì)比度
2.1.3X射線圖像的特點(diǎn)
2.1.4X射線血管造影
2.1.5數(shù)字減影血管造影
2.2X射線冠狀動(dòng)脈造影
2.2.1成像原理
2.2.2冠脈造影系統(tǒng)的分類
2.2.3造影角度
2.2.4造影系統(tǒng)的標(biāo)定
2.2.5冠狀動(dòng)脈造影的臨床應(yīng)用
2.2.6冠狀動(dòng)脈狹窄的衡量
2.3CAG圖像的預(yù)處理
2.3.1CAG圖像的噪聲及去噪
2.3.2造影圖像的畸變校正
2.4CAG圖像中二維信息的
提取
2.4.1區(qū)域的分割
2.4.2骨架的提取
2.4.3骨架特征點(diǎn)的識(shí)別
2.4.4骨架樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述
2.5CAG圖像中三維重建
2.5.1三維重建的目的和意義
2.5.2造影成像系統(tǒng)的幾何模型
2.5.3骨架點(diǎn)的三維重建
2.5.4兩個(gè)視角之間對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配
2.5.5骨架的三維重建
2.5.6表面的三維重建
2.5.7三維重建的誤差及評(píng)價(jià)方法
2.6冠狀動(dòng)脈形態(tài)參數(shù)的定量
測(cè)量
2.7感興趣血管段最佳造影視角的
選取
2.7.1感興趣血管段最佳視角的
定義
2.7.2感興趣血管段的投影縮短
百分比
2.7.3滿足感興趣血管段最小投影縮短
造影角度的計(jì)算
2.7.4滿足感興趣血管段最小遮蓋造影
角度的計(jì)算
2.8二維運(yùn)動(dòng)跟蹤和估計(jì)
2.8.1冠脈運(yùn)動(dòng)估計(jì)的目的和意義
2.8.2CAG圖像中的運(yùn)動(dòng)跟蹤
2.8.3基于光流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)
2.8.4基于彈性配準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)
2.9三維運(yùn)動(dòng)跟蹤和估計(jì)
2.9.1CAG圖像序列中三維運(yùn)動(dòng)
跟蹤
2.9.2三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)
2.9.3三維運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算和符號(hào)
描述
參考文獻(xiàn)
第3章超聲成像及圖像的后處理
3.1超聲成像的原理
3.1.1超聲成像基礎(chǔ)
3.1.2人體組織的回聲類型
3.1.3超聲成像的種類
3.2超聲成像技術(shù)和設(shè)備
3.2.1超聲成像系統(tǒng)的主要
構(gòu)成
3.2.2超聲成像原理
3.2.3超聲的臨床應(yīng)用
3.3超聲圖像的特點(diǎn)
3.3.1單幀IVUS圖像的特點(diǎn)
3.3.2IVUS圖像序列的特點(diǎn)
3.3.3IVUS圖像中的偽影
3.4超聲圖像的降噪
3.4.1中值濾波
3.4.2高斯濾波
3.4.3各向異性擴(kuò)散濾波
3.5超聲圖像的分割
3.5.1現(xiàn)有方法分類
3.5.2基于snake模型的二維分割
方法
3.5.3模式識(shí)別類方法
3.5.4三維分割方法
3.5.5基于snake模型的三維分割
方法
3.5.6問(wèn)題與展望
3.6超聲圖像的組織標(biāo)定
3.6.1現(xiàn)有方法的分類
3.6.2斑塊紋理特征的提取和描述
3.6.3分叉紋理特征的提取和
描述
3.6.4支架紋理特征的提取和描述
3.6.5組織紋理特征的分類
3.7超聲圖像的檢索和配準(zhǔn)
3.7.1IVUS關(guān)鍵幀的自動(dòng)檢索
3.7.2含鈣化幀的彈性配準(zhǔn)
3.8冠狀動(dòng)脈內(nèi)超聲圖像序列中
運(yùn)動(dòng)偽影的抑制
3.8.1ICUS圖像序列中運(yùn)動(dòng)偽影的產(chǎn)生
機(jī)制和表現(xiàn)形式
3.8.2心電門控方法
3.8.3基于圖像的回顧性脫機(jī)門控
方法
3.8.4直接抑制運(yùn)動(dòng)偽影的方法
3.9三維重建
3.9.1X射線造影圖像中導(dǎo)管路徑
的三維重建
3.9.2確定各幀IVUS圖像的軸向
位置
3.9.3確定各幀IVUS圖像的空間
方向
3.9.4腔內(nèi)外表面的擬合
3.10形態(tài)參數(shù)的定量測(cè)量
3.10.1長(zhǎng)度和局部曲率
3.10.2橫截面積
3.10.3容積
3.10.4斑塊的體積和厚度
3.11流動(dòng)規(guī)律參數(shù)的估算
3.11.1基于三維血管模型的血管壁
局部應(yīng)力應(yīng)變的估算
3.11.2基于IVUS圖像的血管壁局部
應(yīng)力應(yīng)變的估算
3.12形態(tài)參數(shù)與流動(dòng)規(guī)律及參數(shù)的
關(guān)系
3.12.1斑塊分布與血管曲率之間的
關(guān)系
3.12.2斑塊分布與血管壁剪應(yīng)力
之間的關(guān)系
3.13組織定征顯像
3.13.1虛擬組織成像
3.13.2彈性圖
參考文獻(xiàn)
第4章光學(xué)相干斷層成像及
其圖像的后處理
4.1光學(xué)相干斷層成像
4.1.1OCT的成像原理
4.1.2OCT的成像技術(shù)
4.1.3OCT的臨床應(yīng)用
4.1.4OCT與超聲的比較
4.1.5OCT技術(shù)存在的不足
4.2OCT圖像的特點(diǎn)
4.2.1OCT圖像的特點(diǎn)
4.2.2OCT圖像中的偽影
4.3OCT圖像的分割
4.4冠狀動(dòng)脈內(nèi)OCT圖像序列中
運(yùn)動(dòng)偽影的抑制
4.4.1抑制IC-OCT圖像運(yùn)動(dòng)偽影的
主要方法
4.4.2基于平均幀間差異度的門控
方法
4.4.3基于運(yùn)動(dòng)分量補(bǔ)償?shù)闹苯右种?nbsp;
方法
4.5超聲與OCT圖像的配準(zhǔn)與
融合
4.5.1圖像配準(zhǔn)基礎(chǔ)理論
4.5.2圖像融合基礎(chǔ)理論
4.5.3圖像融合的主要方法
4.5.4超聲和OCT圖像融合的研究
現(xiàn)狀
4.5.5基于特征點(diǎn)的IVUS與IV-OCT
圖像配準(zhǔn)
4.5.6基于Bandelet變換的IVUS與
IV-OCT圖像融合
4.5.7圖像融合質(zhì)量的評(píng)價(jià)
參考文獻(xiàn)
第5章基于多成像方法融合的虛擬
內(nèi)窺鏡技術(shù)
5.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介
5.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的原理
5.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用
5.2虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言簡(jiǎn)介
5.2.1VRML基本概念
5.2.2VRML的功能和執(zhí)行模式
5.2.3VRML編輯器和瀏覽器
5.3虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)簡(jiǎn)介
5.3.1基本原理
5.3.2研究現(xiàn)狀
5.3.3主要特點(diǎn)
5.3.4技術(shù)要點(diǎn)
5.4冠狀動(dòng)脈虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)
5.5基于CAG、IVUS和IV-OCT
圖像融合的冠狀動(dòng)脈虛擬內(nèi)
窺鏡
5.5.1虛擬場(chǎng)景下血管腔的表面擬合和
顯示
5.5.2三維血管模型的交互式
可視化
5.6虛擬支架植入
5.6.1建立虛擬支架庫(kù)
5.6.2查看及選擇支架
5.6.3模擬支架植入
5.6.4血管支架與血管壁交互的
有限元分析
參考文獻(xiàn)
第6章光聲成像技術(shù)
6.1光聲成像及其在生物醫(yī)學(xué)中的
應(yīng)用
6.1.1光聲效應(yīng)
6.1.2光聲成像的原理
6.1.3光聲成像的優(yōu)勢(shì)
6.1.4典型的光聲成像系統(tǒng)
6.1.5光聲圖像的重建
6.1.6光聲效應(yīng)和光聲成像在生物
醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
6.2光聲成像
6.2.1IVPA的成像原理
6.2.2熱IVPA成像（tIVPA）
6.2.3光譜IVPA成像（sIVPA）
6.2.4分子IVPA成像
6.2.5冠狀動(dòng)脈支架的IVPA成像
6.2.6IVPA成像導(dǎo)管
6.2.7IVPA成像存在的問(wèn)題與技術(shù)
難點(diǎn)
6.3光聲圖像的建模與仿真
6.3.1建立橫截面模型
6.3.2仿真激光脈沖照射血管壁的
過(guò)程
6.3.3仿真多層血管壁組織產(chǎn)生的光聲
信號(hào)
6.3.4重建橫截面的IVPA圖像
6.4光聲圖像的重建
6.4.1時(shí)間反演算法
6.4.2濾波反投影算法
6.4.3相控聚焦算法
6.4.4基于傅里葉變換的重建算法
6.4.5其他重建算法
6.4.6IVPA圖像重建存在的問(wèn)題
參考文獻(xiàn)
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