医学图像分析与成像技术详解

1、分析照片时典型但分析医学图像时不典型的分析任务是什么？

分析照片时典型的任务包括：

• 检测特定对象（如人物）
• 恢复三维信息（即缺失的深度信息和真实形状）
• 分离照明效果与对象外观
• 处理部分隐藏的对象
• 随时间跟踪对象

而对于医学图像分析，这些任务并非典型重点。医学图像分析更注重：

• 对象边界的描绘
• 恢复
• 增强
• 不同来源图像的配准等

2、列举至少两项在使用图像进行诊断支持时可能出现的分析任务。

1. 描绘物体需要解决分割任务；
2. 检测物体需要解决分类任务；
3. 比较不同时间或不同模态图片中物体的外观需要解决配准任务。

3、验证分析方法时的主要问题是什么？

由于分析对象通常无法直接获取，无法直接证明所采用领域知识的充分性和正确性，也没有直接的方法来证明分析结果的质量。

4、请说出临床研究分析任务与计算机辅助手术图像分析之间的一个区别。

以下是将给定文本内容调整为Markdown格式的结果：

---

临床研究分析 vs 计算机辅助手术分析

特性	临床研究分析	计算机辅助手术分析
病例数量	多	少
时间限制	低	高
地点	任何地点	手术室
交互性	不接受	接受
存档要求	高	中等

---

5、请列举一种可用于开发分析方法的快速原型开发语言。

Matlab或IDL

6、如果工作站软件本身不提供分析解决方案，那么如何利用它来开发分析解决方案？

可以使用 IDL 和 Matlab 等工具。它们提供了图像输入（包含 DICOM 等最常见格式的过滤器）和显示的例程，开发者无需深入细节就能简单展示情况。开发者可以利用这些工具组合现有的模块，如用于过滤、分割和可视化的模块，以解决特定问题。

但这种方式可能导致临时开发，后期难以证明其合理性，且这两种环境是商业产品，开发和运行环境需要许可证。

若需要大量程序开发，由于它们不强制面向对象编程、在非矩阵运算时计算可能变慢等原因，直接用 C/C++ 或其他合适语言实现会更划算。

7、为什么在投影图像中无法测量距离？

除了放射科医生已知其与辐射源大致距离的结构之间的距离比测量外，由于图像是投影，无法在绝对亮度值和组织类型之间进行赋值，所以无法进行距离测量。

8、解释标准X射线成像和乳腺摄影成像技术的区别。

标准X射线管中，轫致辐射是主要影响因素；而乳腺摄影的X射线管目的是检测女性乳房中微小、不可触及的病变，这需要在 对比度 和 空间分辨率 方面比普通X射线成像更高的图像质量。

乳腺摄影管通过适当过滤减少轫致辐射，使用钼材料产生峰值能量在17 - 19 keV左右的近乎单色的X射线，这种低能量光束可增加乳房不同组织细微差异之间的对比度，且近乎单色的光束能减少散射，进一步提高对比度；而在常规X射线成像中，这种低能量辐射大部分会被吸收而无法到达接收器。

9、在射线成像中，渐晕（vignetting）是什么意思，这种伪影会产生什么影响？

渐晕现象

渐晕是由射线照射到输入屏幕的角度引起的。

• 在图像中心，射线与图像屏幕垂直，入射X射线能量分布在最小面积上，强度（即单位面积的能量）最大。
• 随着与中心距离的增加，角度减小，入射X射线能量分布在更大的面积上，强度随之降低。

结果 ：渐晕会导致图像出现阴影。

10、什么是部分容积效应，它如何影响图像？

部分容积效应（PVE）

部分容积效应（PVE）是指在成像过程中，由于成像系统的空间分辨率有限，一个体素内可能包含多种不同密度的组织，导致图像上所显示的像素值是该体素内各种组织的平均衰减值。

它会在皮肤、脂肪、骨骼和脑脊液边界处导致模糊。在CT成像中，该效应引起的物体可能位于当前显示切片的上一层或下一层切片中，所以在切片中可能不太明显。

噪声幅度处于物体边界信号增加的范围内，金属伪影会使重建过程受噪声和PVE等影响变得不那么稳定，导致严重的条纹伪影。在所有高对比度边界处都可能观察到此类伪影，金属伪影情况尤为严重。

11、为什么在滤波反投影中需要对投影数据进行滤波？

未滤波的重建会产生伪影，因为未考虑傅里叶系数的密度变化。用 斜坡滤波器 对投影进行滤波，该滤波器会随频率降低而衰减振幅，可消除简单重建中的伪影。

12、解释反向传播过程。

反向传播过程如下：

迭代最小化从每次迭代 $ n $ 的前馈步骤开始，使用当前权重产生输出向量 $ x(n) $。

然后从输出层开始将误差校正分配回网络：

1. 首先计算误差 $ |x(n) - y| $ 相对于前一层和最后一层之间权重的导数。
2. 相应地校正这些权重。
3. 并将误差传播到前一层。

该层的误差校正同样通过计算和应用误差的偏导数来完成。

当到达输入层时，当前迭代的权重更新终止。

对于除最后一层外的所有层，导数的计算需要计算更高层的导数。

13、CT血管造影和3D重建数字减影血管造影的主要区别是什么？

CT血管造影