淺析醫學圖像融合技術

摘 要 近年來，圖像融合已成為圖像領域和計算機視覺領域中一項重要而有用的新技術，尤其是在醫學領域中，由于醫學儀器的成像機理及應用環境的不同，得到的醫學圖像具有不同的細節，利用多源醫學圖像的互補或冗余信息，圖像融合可使獲得的融合結果包含更豐富的細節及更全面的信息，比任何單一源圖像都更全面、更精確。

關鍵詞 圖像融合 醫學成像技術

一、圖像融合的概述

圖像融合是指把從多個圖像傳感器得到的冗余信息或者互補信息進行集合的過程。在臨床醫學的應用中，圖像融合的應用就是將多種成像模式（兩種模式或者多種模式）的醫學圖像相互集合起來，利用各種成像的的優點，在一幅醫學圖像上同時表達出來自人體多個方面的信息，例如把人體顱部的CT圖像和磁共振圖像通過醫學圖像融合技術得到相應的顱部的融合圖像，用以輔助顱部組織創傷的定位以及診斷，這樣大大提高了臨床醫學診斷和治療的可靠程度。目前，有些科學研究工作者已經將圖像融合的定義放寬到已有的可見圖像，乃至紅外線、紫外線等非可見光的圖像。但是，無論待融合的圖像來自于和種成像方式，圖像融合主要主要解決的問題是通過取出多幅圖像間的冗余信息來提高圖像的信息度以及可靠性，并且通過處理多幅圖像間的互補信息來提高圖像的清晰度。

二、醫學圖像融合的分類

隨著科學技術的發展，各種先進技術應用于醫學成像，出現了各種各樣的醫學成像設備。總體上，醫學影像成像模式大體可分為兩大類：解剖成像和功能成像。所謂解剖成像，主要是描述了人體的形態信息；而功能成像主要是描述了人體的生化代謝信息。我們按照不同的圖像成像模式可以將醫學圖像融合分為下面的三大類：

（1）單模式融合

單模式醫學融合是指相同的成像方式的醫學圖像融合。單模式醫學圖像融合是指待融合的醫學圖像是由同一醫學成像設備獲得的。單模醫學圖像融合多用于腫瘤或骨骼的生長監測、疾病發作期與發作間期的對比、臨床治療前后的對比。

（2）多模式融合

多模融合是指不同成像方式的醫學圖像融合。多模醫學圖像融合是指融合的兩幅醫學圖像來自于不同的醫學成像設備。多模融合主要應用于放療計劃設計、手術定位以及神經外科的診斷等。

（3）模板融合

模板融合是指將病人的圖像與模板進行融合。模板融合也適用于不同患者之間的融合。模板可以是采集的圖像，也可為是生理圖譜或者是解剖圖譜甚至是病人本身。例如，將待診斷的病人的圖像與典型正常人的圖像進行比較，就可以確定被測試者是否正常。

三、圖像融合過程

1、圖像預處理

圖像的預處理主要是對獲取的兩種方式的圖像數據進行平滑處理，例如去噪、增強等處理。圖像平滑處理的主要思想是減少圖像的噪聲，在較理想的情況下，臨床成像儀器的探頭所獲得的病人同一探查部位的靜態臟器的圖像具有相同的總灰度值，但是，由于實際的噪聲具有隨機性和不可避免性，所以噪聲對某幀圖像或者某一像素的影響總存在，而且一般情況下這些噪聲是孤立的。在這種情況下，可以應用幀平均法以及領域平均法這兩種圖像空域處理方法來抑制甚至消除噪聲。

2、圖像融合方法：從廣域方面講，圖像融合方法可粗略地分為空間域融合法以及變換域融合法。

空間域融合方法包含有：PCA法、加權平均融合方法、對比度調制法、基于區域特征的融合方法、像素灰度值選擇融合方法等。

變換域圖像融合方法常用的有：①金字塔圖像融合方法：比較概括地說，金字塔圖像融合法即是將待融合的圖像表示成圖像金字塔的形式，然后在各相應層上，將所有圖像的金字塔表示以一定的融合規則融合，即可得到合成的圖像金字塔。②小波變換圖像融合方法：首先對兩幅或多幅待融合的源圖像進行特定的小波變換，得到各層小波系數矩陣，然后對該系數運用相應的融合規則，得到融合小波系數，最后進行小波反變換，便可得到融合圖像。

四、圖像融合技術的應用

多傳感器圖像融合技術可廣泛用于地球遙感圖像分類識別、機器人視覺、數字照相機的大景深成像、醫學多模式圖像的總和顯示、虛擬現實、三維圖像重建、防恐怖安全檢查等領域。在20世紀80年代末，人們已經開始將圖像融合技術廣泛應用在一般的圖像分析與處理中。進入90年代后，有關圖像融合技術的研究呈現不斷上升的趨勢，圖像融合技術應用的領域也遍及了醫學圖像處理、紅外圖像處理、可見光圖像處理、遙感圖像處理等。特別是近幾年，多傳感器圖像融合技術成為自動目標識別、計算機視覺、軍事應用等領域的研究熱點。在民用方面，已經應用于智能機器人、遙感等領域。例如1997年在火星著陸的機器人——火星探路者，它身上安裝了2個CCD攝像機、5個激光束投影儀、加速度傳感器和多個關節傳感器。由于光從火星到地球的時間大約需要11分鐘，因此在不小于這段時間內，該機器人必須能自主地工作。在制造業中，圖像融合技術可用于生產線上復雜工件和設備的安裝、制造過程的監視、材料的探傷、產品的檢驗等。在醫學中，通過對CT圖像及MRI圖像的融合，可以提供更加多的圖像信息，幫助醫生對疾病的準確診斷。此外，在交通管理和航空控制中，圖像融合也得到廣泛應用。

五、結束語

醫學成像技術的發展以及其在臨床醫學應用的實踐告訴我們：面臨復雜的臨床問題，沒有哪一種方法可以單獨解決所以得問題，每一種醫學成像技術都有其長處和缺陷，每一種醫學成像都包含了各自不同類型的診斷信息。如果我們能夠把有價值的生理、生化信息與精確的解剖結構集合在一幅醫學圖像上，那么新生成圖像就包含了更加豐富，更加全面的信息，這樣就可以為醫生的臨床診斷和治療提供更加全面和可靠的信息。因此研究醫學圖像融合技術是一件非常有意義的事情。

參考文獻：

[1]鄭林.基于多源信息融合的圖像處理、識別與跟蹤研究[D]. 西安：西安交通大學，2003.

[2]劉貴喜.多傳感器圖像融合方法研究[D].西安：西安交通大學.

[3]陳昱，莊天戈.醫學影像中的圖像配準和融合技術研究[J].中國醫療器械雜志，1999. （03）.

（作者單位：江西科技學院瑤湖理科教學部）