关于生物图像处理技术介绍

[拼音]：shengwu tuxiang chuli jishu

[外文]：biological image processing

又称生物成像技术，是利用成像原理和自动模式识别的方法，以电子计算机为工具，把不能被肉眼观察到的以及不易被计算机读入的、反映生物学对像所特有的数据和结构等，转换成便于使用的直观图像，包括对图像的加工处理和对图像的分析。生物图像处理技术是60年代发展起来的新技术，最早可追溯到摄影术和显微技术，19世纪后期 X射线诊断仪又将成像技术推进一大步。近20年除电子显微镜不断发展外，在成像技术方面有超声成像、正电子成像和核磁共振成像等，分别通过各种光学机械扫描、电子扫描和电荷耦合器件扫描获取图像。生物图像处理技术的发展与医学诊断的需求密切相关。

成像原理和技术

对于那些可以直接观察到的图像，可通过各种光学机械扫描或电子扫描，其中包括电视摄像(TV)扫描和电子耦合器件(CCD)扫描;而对于位于人体内部，不能用肉眼直接观察的部位，则要通过X射线、超声反射或吸收和正电子扫描等技术获取图像。在获取图像的过程中，需要利用各种先进的成像原理和技术。例如，利用超声信号源通过“B超诊断仪”形成图象，利用环状 X射线信号源通过计算机断层扫描分析仪以及利用同位素标记的L-葡萄糖进行正电子扫描以获得立体图像等等。

图像的处理和分析

数字图像的处理主要包括去除干扰，突出有用的信号，对模糊图像进行恢复并使之清晰化等步骤。如对于利用X射线所得的胸透照片，可以通过上述步骤示出病变部位的边缘，以利于诊断。对图像的分析是指在图像处理的基础上对目标的各种特征进行定量描述。例如，在癌细胞自动识别中，为了确定一个细胞的性质，需要测定它的细胞核面积、形状、总光密度、胞核结构等定量特征，这一任务属于图像分析的范畴。进一步的图像分析还包括对于场景的分析和理解等内容。生物图像处理和分析包括以下几个主要方面：

其主要目标为：

（1）通过对于细胞和组织的高分辨率计算机分析技术，提高在疑难情况下的鉴别诊断效果；

（2）研制高速度的生物细胞筛选装置，通过细胞形态特征对癌症等疾病进行普查；

（3）实现对染色体分析自动化，自动发现中期染色体，通过人机交互作用进行染色体核型及带型分析；

（4）实现生物组织及器官的三维重建等。这类应用的共同特点是被分析的图像直接从显微镜输入，它们是细胞或组织的切片或涂片。从显微镜输入图像的优点是可以进行直接分析，减少转换时间，应用方便，分析精度比较高。

主要指使用 X射线辐射透视技术、超声成像技术、正电子成像技术、核磁共振成像技术进行无损伤诊断。被分析对象均为体内部位，包括冠状动脉、大脑、动脉以及其他内脏器官，对这样对象进行生理活动状态下的形态测量分析，其结果可直接用于医学诊断。

对于应免受辐射损伤的对象，可以借助图像处理技术减少电子辐射强度而仍可得到清晰的图像。对于某些内部对称的生物样品（如病毒），利用电镜对一个或几个方位进行观察，再通过图像处理即可综合各种信息重建样品的三维结构。这种方法的继续发展改进有可能解决某些不规则、不能形成晶体排列的样品的主体结构的分析问题，从而将生物分子水平的结构研究推进到新的阶段。

这一领域可以作为现代医学诊断技术的代表，它利用各个被扫描的断层，通过一系列褶积和反褶积变换，首先恢复每个断层的影像，然后通过对若干相邻断层的连续处理得到一个完整器官或组织的三维图像。这一方法对于临床诊断具有直接的现实意义。

生物图像处理技术正向着损伤小、直观、迫近生活状态、能反映瞬间动态变化的成像方法发展。处理和分析方法更趋向于自动化，包括噪声小、清晰度高等方面。