时间：2023-08-10 16:51:54
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【摘要】 为弥补解剖结构图像（CT， MRI， B超等）和功能图像（SPECT， PET等）的各自不足，医学图像融合技术应运而生，并且有了较大发展. 本文从三方面综述了近年来有关医学图像融合技术研究的最新进展，认为在医学影像设备的发展中，功能图像和解剖图像的结合是一个发展趋势，在肿瘤的精确定位、早期检测和诊断中将发挥重要的作用.
【关键词】 诊断显像；图像融合
0引言
医学影像学是临床诊断信息的重要来源之一. 根据医学图像所提供的信息内涵，可将医学影像分为两大类： 解剖结构图像（CT， MRI， B超等）和功能图像（SPECT， PET等）. 这两类图像各有其优缺点： 功能图像分辨率较差，但它提供的脏器功能代谢信息是解剖图像所不能替代的；解剖图像以高分辨率提供了脏器的解剖形态信息（功能图像无法提供脏器或病灶的解剖细节），但无法反映脏器的功能情况.
目前这两类成像设备的研究都已取得了很大的进步，一方面，双方都在逐步弥补自身弱点，如MR的功能成像开发以拓展其功能，SPECT， PET新型晶体开发以增强自身的空间分辨率；另一方面，双方均在不断地增强自身强项，如MR开发不同新型成像序列，CT的螺旋层数不断增加，PET的晶体数目越来越多. 这使得各自图像的空间分辨率和图像质量有很大的提高，但由于成像原理不同所造成的图像信息局限性，使得单独使用某一类图像的效果并不理想，且进展缓慢，往往事倍功半. 由于上述原因，医学图像融合技术应运而生［1］.
1图像融合（image fusion）技术的内涵
图像融合是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提取各自信道的信息，最后综合成同一图像以供观察或进一步处理［2］. 简单来说，医学图像融合就是将解剖结构成像与功能成像两种医学成像的优点结合起来，为临床提供更多、更准确的信息. 其最终结果是1＋1>2.
20世纪90年代以来，医学图像融合技术随着计算机技术、通讯技术、传感器技术、材料技术等的飞速发展而获得重大发展，经历了异机图像融合和同机图像融合两个阶段.
2异机图像融合
2.1异机图像融合的研究内容在同机融合显像设备没有出现以前，图像融合的研究仅限于异机图像融合. 最初其研究内容仅限于相同或不同成像模式（imaging modality）所得图像经过必要的几何变换，空间分辨率统一和位置匹配后，进行叠加获得互补信息，增加信息量. 而现在，异机图像融合的研究范围包括： 图像对位、融合图像的显示和分析，利用从对应解剖结构图像（MRI， CT）获取的先验信息对发射型数据（SPECT， PET）做有效的衰减校正、数据重建等［3］.
2.2异机图像融合的基本方法按图像融合对象的来源可分为同类图像融合（innermodality，如SPECTSPECT， CTCT等等）和异类图像融合（intermodality，如SPECTCT， PETMRI， MRICT， MRB超等). 按图像融合的分析方法可分为同一患者的图像融合、不同患者间的图像融合和患者图像与模板图像融合. 按图像融合对象的获取时间可分为短期图像融合(如跟踪肿瘤的发展情况时在1~3 mo内做的图像进行融合)和长期图像融合(如进行治疗效果评估时进行的治疗后2~3 a的图像与治疗后当时的图像进行融合). 临床工作人员根据自己的研究目的不断设计出更多的融合方式.
2.3异机图像融合的主要技术图像融合的步骤大致为： 特征提取，设计误差评估方法，对图像数据进行处理使误差最小，将变换后的图像数据进行对位和综合显示，分析综合数据. 其中对位技术是图像融合的关键和难点［4］.
2.3.1特征提取特征提取可分为内部特征提取和外部特征提取内部特征主要是人体解剖结构特征，如颅骨、脊柱、胸骨、肋骨、关节；膈下软组织，如脾、肝、肾等等. 外部特征是为进行融合处理而特制在两幅图像上均可见的体表标记物. 据文献报道使用的外标志物有进行脑图像融合的头罩、牙环，胸部、腹部图像融合采用的背带，四肢图像融合采用的支架，甚至颅骨嵌入螺钉等等. 采用内部特征的优点是不需要对患者做预处理，可进行多次融合方法分析，缺点是难以实现融合自动化处理，需要人工干预，融合的精确性往往与经验有关. 外部特征的优点是特征明确，易于进行计算机自动处理，缺点是预处理复杂，并且由于而引起的脏器与体表标记之间的位移误差难以避免.
2.3.2误差评估方法常用的有基于相似度的误差评估方法(以相似度最大为最优)和基于距离的误差评估方法(以距离最小为最优).
2.3.3图像处理图像预处理： 对于有条件的图像进行重新断层分层(reslice)以确保图像在空间分辨率和空间方位上的大体接近. 几何变换： 主要包括尺度变换、平移、旋转等.
2.3.4图像的对位将处理好的图像按误差最小的原则进行对位. 按外部特征进行对位的方法以两幅图像上的特征点配准为对位成功. 按内部特征进行图像对位法主要有两种：图像分割配准和像素特征配准［5］.
图像分割配准法分为曲线法和表面法，在目前实际应用中较多采用. 因分割算法通常是半自动的，需人为参与，其配准的精度受限于分割的精度. 理论上此法可用于全身各部位的配准，但现在常用于神经系统成像和矫形外科成像. 曲线法是将一些具有几何特征的线条（如脊线）或栅格提取出来进行配准. 但是，曲线法要求图像有较高分辨率，以便提取几何特征. 表面法的代表算法是“头帽法”： 从一幅图中提取一组轮廓点作为“帽子”，从另一幅图中提取表面模型作为“头”，然后使用Powell搜索算法（使帽点和头表面间的距离平均平方和最小）来确定变换关系. 采用表面匹配技术可以对SPECT和PET的心脏图像进行了对位融合.
表面配准算法不仅用于3D刚性（rigid）变换，而且可用于3D弹性（elastic）变换，从而为一些组织器官的配准，如心脏、肝脏、肺等，提供了可能性. 但这种方法与其他基于组织分割的算法一样，配准精度受限于组织分割的精度. 近年来，由于分割算法的复杂程度降低、自动化程度提高以及斜面匹配技术在计算距离变换上的优势，此法被普遍应用. 表面配准法主要应用于PETMR图像的配准，由于SPECT图像的边界模糊，不宜使用此法. 像素特征配准法［6］： 像素特征配准法与其他内部特征配准方法不同之处在于，他是以图像灰度为配准依据，不需要对图像原始数据进行预归纳或预分割，其常用算法有主轴矩配准、全图像信息配准和图谱法配准. 主轴矩配准： 是将图像灰度内容转换为数量和方向的几何表示. 目前大多是从零阶及一阶矩中计算出图像的质心及主轴，再通过平移和旋转使两幅图像的质心和主轴对齐，达到配准目的. 此法对于数据缺失比较敏感，细节丢失或形状的病理性改变均会影响配准结果. 但此法实现了自动化，且十分快捷，易于移植，目前多用于粗配准. 全图像信息配准： 是在配准全过程中使用全部图像信息，使用的算法有区域相似性测量法、最大互信息法、相关法、联合熵法、条件熵法等. 此方法适用性最广，它不象其他内部特征法那样需先进行灰度图像的信息压缩提取，而是在配准过程中利用所有可获得的信息. 图谱法： 用于患者间的图像配准同一解剖结构的形状、大小、位置都会因解剖和生理上的个体差异有很大不同，这就使患者间的图像配准问题成为当今医学图像分析中的最大难题. 因此就要有一个详细标记人体各个解剖位置的标准化图谱. 用图谱法对两个患者的PET或MRI图像进行比较时，首先把二者的图像都映射到一个标准化的图谱空间去，然后在此空间中进行比较. 使用内部特征定位不需外加定位装置，但要求两幅图像要有相似结构或共同特征才可进行匹配. 定位的精确度是由具体的算法来决定的.
2.3.5融合数据的分析以某种算法将融合图像数据综合显示并做定量分析. 有些影像学工作者提出了如融合图像中像素CT值/SPECT计数等数值分析方法，但由于图像融合技术研究时间较短，各种融合数据对临床的指导意义有待进一步检验确定.
融合图像有多种直观的显示方法. 常用的有断层显示法和三维显示法. 融合图像的显示往往以某个图像为基准，该图像用灰度色阶显示，另一个图像迭加在基准图像上，用彩阶显示［7］： ① 断层显示法： 对于某些（得到原始数据）图像融合，可以将融合的三维数据以横断面、冠状面和矢状面断层图像同步地显示，便于观察者进行诊断. 这是融合图像最常用的显示方法. 这种显示要求观察者对于图像三维层面的特征有丰富的经验； ② 三维显示法： 将融合的三维数据以三维图像的形式显示使观察者可更加直观地观察病灶的解剖位置，在外科手术设计和放疗计划制定中有重要的意义.
2.4异机图像融合的现状目前对于刚性组织的对位已基本解决，如脑部异机图像融合［8］，而对于非刚性组织（如腹部）的对位有待进一步研究. 因此在图像对位技术上目前尚未找到一种确保完全、通用、有效的方法.
3同机图像融合
同机图像融合是伴随着同机显像设备的发展而发展的. 1991年，Hasegawa等［9，10］人首先提出了同机图像融合设备的设想. 1999年，通用电器公司(GE)推出了全球第一台医用同机图像融合设备Hawkeye，它将XCT球管、探测器及放射性核素探头装在同一旋转机架上，患者可同时进行CT和SPECT检查. 得到的X线图像不仅可以用来与SPECT图像进行融合，还可以通过不同软组织及骨骼对X线与γ光子的不同衰减比例因子，由CT值计算线性衰减系数，进行SPECT的衰减校正. 由于这一台划时代设备的出现，使得图像融合技术发生了根本性的变化.
由于图像融合设备显像过程中，患者同时进行两种不同的检查，其变化由计算机精确控制，且不同显像间的时间间隔非常短暂，从根本上解决了异机图像融合中的最大难题：对位技术的准确性. 在CT与SPECT图像融合的领域内，它具有了所有异机图像融合的优势，而且实现过程更为简单，并广泛应用于临床医学的各个领域［11］. 因此，这一设备从产生之日起，就对影像医学特别是影像核医学产生了革命性的影响. 目前已广泛应用于国内、外影像医学临床诊断.
在Hawkeye之后，GE公司、西门子公司及飞利浦先后推出了第二代图像融合设备： PET/CT［12］，其功能在Hawkeye基础上更进一步，定位更加准确，诊断准确性进一步提高. 目前国内有此设备十余台.
相比PET/CT，PET/MR的研究更加令影像医学工作者期待. PET/MR除具有所有PET/CT的优点外，还可以提供更多的软组织信息，其提供的组织信息可应用于高精度的PET图像衰减校正，从而进一步提高图像质量和空间分辨率. 目前，美国将PET晶体置于MR内部，已研制出一种新型的PET/MR，并已获得了大鼠脑部同机融合图像［13］，相信PET/MR很快将进入临床.
4展望
总之，在医学影像设备的发展中，功能图像和解剖图像的结合是一个发展趋势，而图像融合的潜力在于综合处理应用这些成像设备所得信息以获得新的有助于临床诊断的信息［14］，在肿瘤的精确定位、癌症的早期诊断和治疗中发挥重要的作用. 随着功能成像设备和解剖成像设备杂交技术的出现，图像融合技术将得到进一步的发展，给临床诊断带来一场新的变革.
参考文献
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关键词：图像融合；医学图像；多模态；小波变换
中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)09-2122-04
1 背景知识介绍
图像融合是指综合两个或多个源图像的信息，以获取对同一场景的更为精确、全面和可靠的图像描述。它将不同传感器所采集到的关于同一目标的多幅图像，或同一传感器在不同时间采集到的关于同一目标的多幅图像，经过一定的图像处理算法，提取各自的有用信息，生成一幅能够更加有效地表示目标信息的新图像。从信息论的角度讲，融合后的图像将比组成它的各个子图像具有更优越的性能，综合信息大于各部分信息之和，也就是说，融合的结果应该比任何一个输入信息源包含更多的有用信息[1]。
图像融合通过多幅图像间的冗余数据处理，提高图像的可靠性；通过对多幅图像间的处理，提高图像的清晰度。与单一、孤立的原始图像相比，经融合得到的图像更适合人或饥器的视觉特性，可以提供更多的目标信息。比如，由于受到云、烟雾、照明环境以及传感器固有特性等因素的影响，通过单一传感器所获得的图像信息不足以用来对目标和场景进行更好的检测、分析和理解．将一些成像条件相同、镜头聚焦目标不同的多个图像，通过图像融合技术处理可以得到一幅目标清晰的融合图像[2]。
图像信息融合按信息抽象程度的不同(也对应完成不同级别的功能)可分为3个从低到高的层次：像素级(原始数据)融合、特征级(或目标级)融合、决策级融合。
图像融合从配准的图像出发，经过特征提取、属性判决而得到融合结果。上述三个层次与图像工程的三个层次有一定的对应关系，在实际中要根据需要选择和结合不同层次融合的特点，获得全局最优的效果。
多模态医学图像融合技术是20世纪90年代中期发展起来的一项高新技术，也是当前国内外在医学图像处理与分析研究中的热点之一。医学图像融合则是指对医学影像信息如CT、MRI、SPECT和PET所得的图像，利用计算机技术将它们综合在一起，实现多信息可视化，对各种医学影像起到取长补短的作用。
2 多模医学图像融合技术
2.1 多模医学图像融合的主要步骤
多模医学图像的融合是建立在两种或多种不同模态医学图像配准基础之上的，它可归纳为三步，如图1所示。
第一步是预处理。对获取的两种或多种图像数据分别进行去噪、增强以及分割图像特征的提取等处理，统一两种数据格式、图像大小和分辨率，对序列断层图像做三维重建和显示；第二步是配准。配准是指对图像寻求一种或一系列空间变换，使它与另一图像上的对应点达到空间上的一致。配准主要解决的问题是两幅图像之间的几何位置差别，包括平移、旋转和比例缩放等基于对特征空间、相似性准则和搜索策略的不同选择，配准方法可分为基于全局域准则的方法、频域傅立叶法、基于特征的匹配法和基于弹性模型的匹配法；第三步是融合。图像在空间域配准后便可选择不同的融合算子和融合规则进行融合。本文主要讨论第三步融合，以下介绍的各种融合技术都是在配准之后的基础上进行的。
2.2 医学图像融合算法
目前常用的医学图像融合技术包括：加权平均法、多分辨金字塔法、小波变换法、基于假彩色技术的融合算法及基于调制技术的融合算法等。下面就其中几种方法作进一步的说明，由于基于小波变换的方法在图像融合技术中的重要性，将在下一节详细介绍。
2.2.1 简单图像融合方法
像素灰度值极大(小)法：设g1(x, y), g2(x, y)为两幅输人图像，f(x, y)是融合图像。则像素灰度值极大法为f(x, y) = max{g1(x, y), g2(x, y)}
此方法只需要对两幅配准图像取对应点的极大值即可。像素灰度值极小法思想相同，只须取原图像对应点的极小值即可。这些方法简单，效果一般，应用有限。
加权平均法：加权平均法同是一种最简单的多幅图像融合方法，也就是对多幅图像的对应象素点进行加权处理。这种方法的优点是简单直观，适合实时处理，但实现效果及效率较差，其难点主要在于如何选择权重系数。
基于图像分割的融合方法：这种方法是以一幅待融合的图像为基准，从另一幅图像中分割出感兴趣的部分(通常是病灶)，然后对两幅图像进行配准，建立空间映射关系，将一幅图像上的特征映射到另一幅图像上。比如我们可以利用CT图像空间分辨率好的特性，以它为基准，再利用MRI图像对软组织成像清晰的特性，从中分割出病灶，经过配准、融合得到新图像。该方法的特点是图像的融合效果好，难点在于如何自动准确地分割出ROI。医学图像由于其对比度低、细节丰富、边缘模糊等特点，分割更为困难。常用的边缘检测算子有Roberts、Sobel、Canny等。其中Canny算子因其有良好的信噪比而使用较多。文献[7]提出一种用改进的Canny算子对病灶轮廓提取的方法。此外，我们还可以使用小波或神经网络等智能方法进行病灶特征的提取。
2.2.2 多分辨金字塔形分解融合法
这是一种多尺度、多分辨率的图像融合方法，其融合过程是在不同尺度、不同空间分辨率、不同分解层次上进行的。高斯金字塔、拉普拉斯金字塔、梯度金字塔、比率低通金字塔及形态学金字塔被统称为多分辨金字塔。多分辨金字塔方法是目前较为常用的图像融合方法。在这类算法中，原图像不断地被滤波，形成一个塔状结构。在塔的每一层都用一种算法对这一层的数据进行融合，从而得到一个合成的塔式结构。然后对合成的塔式结构进行重构，最后得到合成的图像，合成图像包含了原图像的所有重要信息。
2.2.3 智能图像融合
2.2.3.1 神经网络方法
自1986年BP神经网络模型诞生以来，神经网络在各种领域获得广泛应用。神经网络适合于非线性建模，具有自学习、自组织、自适应能力。在进行图像融合时，神经网络经过训练后把每一幅图像的像素点分割成几类，使每幅图像的像素都有一个隶属度函数矢量组，通过对其提取特征，将其特征表示作为输人来参加融合。文献[11]给出一种自组织特征映射(SOFM)神经网络融合算法，文献[12]是一种基于知识的神经网络(KBNNF)融合算法。
2.2.3.2 演化方法
演化方法模拟自然界生物演化过程，具有自适应、自学习和鲁棒性强等特点。另外，演化计算对于刻画问题特性的条件要求较少，效率高且易于操作，目前已广泛应用于各种领域中。文献[13]给出了基于进化策略和HIS变换的图像融合方法，其效果优于传统算法。
2.3 基于小波变换的图像融合算法
2.3.1 图像的二维小波分解
图像是二维离散信号，对它的分析和处理需要使用离散二维小波变换。Mallat提出了小波变换的快速分解与重构算法，利用两个一维滤波器实现对二维图像的快速小波分解，再利用两个一维重构滤波器实现图像的重构。
二维小波分解和重构各使用一组滤波器，分解使用一维分解低通滤波器L和高通滤波器H；重构使用一维重构低通滤波器L'和高通滤波器H'。在分解阶段，首先使用低通滤波器L和高通滤波器H对图像的每一行进行滤波得到两组矩阵系数。然后，使用低通滤波器和高通滤波器对两组系数矩阵的每一列滤波。这样，1副图像经过第1级小波分解，产生4副子图像LL、LH、HL和HH。3幅细节子图像LH、HL和HH分别包含原图像在水平、垂直和对角线3个方向上的高频信息，而近似子图像LL是原图像低通滤波版本。另外，这副子图像还是下一级分解的输入。因此，一幅图像经过N级小波分解产生3N+1副子图像。在同一分解级上的子图像尺寸相同。合成运算首先对子图像的每一列使用低通滤波器L'和高通滤波器H'滤波，然后对得到的图像的每一行滤波。
图像经二维分解之后，分别得到图像的低频分量、水平高频分量、垂直高频分量和对角方向的高频分量，下图是图像经三层小波分解的结果。
上述过程即金宇塔形小波分析，另外对图像的分解还有树状小波分析、多小波分析、提升小波分析，它们较之于金宇塔形小波分析，具有更多优点，在试验中能够获得更好的效果。现今大部分对小波图像融合的研究重点一般集中在两方面：一是使用不同的小波基函数和不同的小波分析方法；二是后面讨论的在进行系数融合过程中对融合策略的改进及融合算子的选择研究。
2.3.2 基于小波变换的图像融合过程
基于小波变换的图像融合，就是将待融合的原始图像经过特定的小波变换得到小波图像序列，在不同的特征域(如高频和低频图像)上的图像序列采用不同的融合规则进行融合以得到小波图像序列，最后将融合后的小波图像序列经过小波逆变换(重构)，得到多传感器图像的融合图像。基于小波变换的图像融合过程(如图3所示)。
两幅图像融合的基本步骤如下：
1) 对A、B两幅图像分别进行小波变换，建立各待融合图像的小波金子塔图像序列；
2) 分别使用不同的融合算子作用于各个分解层的不同高频子图像以及最高层的低频子图像，从而得到融合后的小波金子塔图像序列；
3) 对各分解层进行小波反变换，最终所得到的图像就是融合图像。
2.3.3 基于小波变换的融合规则
基于小波变换进行图像融合的关键是系数组合，即为获得质量尽可能好的融合图像，以适当的方式合并系数的过程．合并系数的方式称为融合法(Fusion Rule)．融合法则由活动水平测度(Activity-Level Measurement)、系数分组方法(coefficient Grouping Method)和系数组合方法(Coefficient Combining Method)组成，对这三者的不同选择形成不同的融合法则[17]。
目前小波域的融合规则主要分为两种：基于单个像素的和基于区域特征的融合规则。前者主要包括：(1)小波系数的直接替换或追加；(2)最大值选取；(3)加权平均等。后者主要包括：(1)基于梯度的方法；(2)基于局域方差的方法；(3)基于局域能量的方法等。
基于像素的融合规则在融合处理时表现出对边缘的高度敏感性，使得在预处理时要求图像是严格对准的，否则处理结果将不尽人意，这就加大了预处理的难度。基于区域的融合规则由于考虑了与相邻像素间的相关性，降低了对边缘的敏感性[18]，所以具有更加广泛的适用性。
2.4 不同融合算法的评估
由于图像融合技术所面向的研究对象的多样性和复杂性，至今尚未找到普适的参量能对所有的图像融合结果作标准量测。不同融合方法的结果，可用目视判别：优点是直接、简单，可直接根据图像处理前后的对比做出定性评价，缺点是主观性较强。
为了进一步客观定量评价融合效果，从融合图像包含的信息进行分析，对不同类的图像融合结果所采用的定量评价参量有熵、交叉熵、平均梯度、标准偏差、光谱扭曲程度、互信息量等，且不同的文献资料对这些参量的具体定义存在差异。下面介绍几种常见的定量评价指标。
1) 信息熵
图像的熵值是衡量图像信息丰富程度的一个重要指标．融合前后的图像其信息量必然会发生变化，计算信息熵可以客观地评价图像在融合前后信息量的变化。根据Shannon信息论的原理，一幅图像的信息熵为。
在某种程度上可以认为，如果融合图像的熵越大，表示融合图像的信息量越大，融合图像所含的信息越丰富，融合质量越好。
2) 交叉熵
交叉熵(Cross entropy)亦称相对熵(Relative entropy)，交叉熵直接反映了两幅图像对应像素的差异，可用来度量两幅图像间的差异，确定各种融合效果的优劣。交叉熵越小，说明融合后图像与标准参考图像问的差异越小，即融合效果越好。若标准参考图像为尺、融合后图像为F，则参考图像尺与融合图像F的交叉熵为：，式中pRi表示参考图像尺中灰度级i出现的相对频率；pFi表示融合图像F中灰度级i出现的相对频率。
3) 平均梯度值
平均梯度是敏感反映图像对微小细节反差和纹理变化特征表达的能力，同时也反映了图像的清晰度，一般平均梯度越大，图像层次越多，融合后图像纹理越清晰，融合达到了提高空间分辨率的目的。
这里，M和N分别是图像的行数与列数。
Ix=g(i+1，j) - g(i，j)
Iy=g(i，j+1) - g(i，j)
式中g(i，j)为(i，j)像素点的灰度值。
3 医学图像融合技术的应用
作为当今医学影像技术研究中的热点问题之一，多模态医学影像融合技术的研究及其研究成果，对临床治疗有着重要的意义。医学图像融合经过近些年的研究，已经应用在影像诊断、临床治疗中，国外已经有了产品化的融合软件系统。
3.1 图像融合在颅脑成像的应用
由于脑组织有颅骨的限制与界定，相对较为固定，容易确定标志进行准确配准。目前，临床主要进行颅脑的图像融合。融合图像精确定位颅内病变，提高诊断准确性：形态学成像与功能成像的图像融合，可精确定位功能图像所示异常改变区，提高诊断的准确性。丁里等研究认为，SPECT与MRI融合可精确判断rCBF减少的范围及部位，为脑变性疾病和脑血管病的诊断提供标准化方法。例如：融合图像可精确确定脑变性疾病rCBF减少及消失区，尤其当其位于额叶、颞顶枕交界等与神经心理功能有关区域时，融合图像研究结构和功能改变与临床神经心理改变之问关系更佳。
原发癫痫病灶的准确定位一直是困扰影像界的一大难题，许多学者利用融合技术对此做出了富有成效的探索。例如：于发作期和发作间期，对癫痫患者分别进行SPECT检查，将二者的图像相减，再分别与MRI图像融合，可使功能损伤的解剖学标记更准确，以SPECT所示的局部脑血流定位大脑新皮质的癫痫灶进行准确定位，从而为立体定向外科手术提供重要依据。
3.2图像融合在体部成像的应用
感兴趣区在图像采集中无变形和失真是图像融合的前提。由于多数体部脏器的形状不规则，又易受呼吸运动影响，较难做到准确匹配，故图像融合应用于体部成像的报道还比较少，主要从受呼吸运动影响相对较小的颈部和盆腔开展研究工作，但是对受呼吸运动影响较大的肝、胰和肺等脏器也尝试进行融合。Magnani等证实，CT/PET对非小细胞肺癌侵犯纵隔淋巴结的分期诊断，融合图像比单纯应用CT或PET更为准确。
4 多模医学图像融合技术的最新进展与前景
4.1 图像融合技术新进展
在图像融合技术研究中，不断有新的方法出现。像素级图像融合的最新进展[22]，主要有图像融合理论框架、实时融合系统集成、统计学方法、新的图像分解方法、神经视觉生理学方法图像融合与图像处理算法的互相结合、基于成像物理模型的融合方法、自适应优化图像融合研究、基于图像融合的目标识别和跟踪算法研究等。
其中新的分解方法有：
1) 矩阵分解法：文献[23]认为从不同传感器获取的图像，可以看作是融合图像乘以不同的权重，故可以使用非负矩阵分解技术来进行图像融合。
2) 易操纵金字塔分解：易操纵金字塔是一种多尺度、多方向、并具有自转换能力的图像分解方法，它把图像分解成不同尺度、多方向。与小波变换不同，它不止三个方向的子带系列，不仅保持了紧支集正交小波的特点，而且具有平移不变性及方向可操纵等优点。使用基于拉普拉斯变换、小波变换的融合方法，即使待融合的图像间存在较小的配准误差，也会引起融合图像的严重退化，出现双边缘以及虚假成分，而基于易操纵金字塔的融合方法能够克服这些缺点。
3)Hermite变换：由于Hermite变换基于高斯梯度算子，所以对图像融合来说，具有更好的图像表示模型。
4.2 医学图像融合技术难点与存在的问题
医学图像融合技术难点与存在的问题目前，医学图像融合技术中还存在许多困难与不足。首先，基本的理论框架和有效的广义融合模型尚未形成。以至现有的技术方法还只是针对具体病症、具体问题发挥作用，通用性相对较弱。研究的图像以CT、MRI、核医学图像为主，超声等成本较低的图像研究较少且研究主要集中于大脑，肿瘤成像等；其次，由于成像系统的成像原理的差异，其图像采集方式、格式以及图像的大小、质量、空间与时间特性等差异大，因此研究稳定且精度较高的全自动医学图像配准与融合方法是图像融合技术的难点之一；最后，缺乏能够客观评价不同方法融合方法融合效果优劣的标准，通常用目测的方法比较融合效果，有时还需要利用到医生的经验。
4.3 医学图像融合技术的研究前景
在图像融合技术研究中，不断有新的方法出现，其中小波变换在图像融合中的应用，基于有限元分析的非线性配准以及人工智能技术在图像融合中的应用将是今后图像融合研究的热点与方向[25]。目前，图像融合主要应用于体层成像。随融合技术不断进步，其在非体层成像方法(例如：x线平片、超声等二维图像)的应用逐渐增多，并具有较高的临床价值。随着三维重建显示技术的发展，三维图像融合技术的研究也越来越受到重视，三维图像的融合和信息表达，也将是图像融合研究的一个重点。另外，在医学图像的压缩、计算机辅助科学、图像存档及通信系统、远程医学等方面，图像融合技术，都有巨大的发展空间。
综上所述，医学图像融合可综合各种影像学技术的优势，提供丰富信息，对疾病的诊断、治疗、判断预后和观察疗效均有重要意义。医学图像融合研究虽起步较晚，但发展很快，各个学科间的交叉渗透是发展的趋势。我们有理由相信，随着研究的不断深人和技术的不断成熟，医学图像融合技术一定会得到越来越广泛的应用。随着该技术的不断完善，图像融合可能成为临床常规应用的方法之一。
5 结束语
近十几年来，图像融合技术虽然得到了快速发展，并在很多领域得到成功应用，但是由于其自身理论仍然不够成熟，因此仍在不断发展和完善中。其中存在的主要问题有：1) 缺乏完备、系统的理论。目前，对数据融合的方法研究尚处于初步阶段，许多新技术如人工智能、神经网络、模糊理论等在数据融合方面的应用研究还处于初级阶段。目前为止还没有出现一整套完备、系统的理论来推动该领域的发展。此外，还需要研究建立相应的融合标准和评价方法。2) 快速实时算法。由于图像的特殊性，在设计图像融合算法时一定要考虑到计算速度和所需的存储量，如何得到实时、可靠、稳定、实用的融合算法和硬件电路是目前的一个研究热点。3) 对于像素级融合而言，作为一个广义上的图像预处理，对目标探测识别的贡献很有限，而且应用也很受限。要想从图像融合中获得目标的更多信息，就需要特征级融合乃至决策级融合。而研究特征级和决策级图像信息融合的文献没有研究像素级融合问题的文献多，这是一个具有挑战性的重要研究领域，图像序列以及视频信息的融合问题也是非常有意义的研究课题。
小波变换用于图像融合有不少优点：图像经小波分解后，不同分辨率的细节信息互不相关，这样可以将不同频率范围内的信号分别组合，产生多种具有不同特征的融合图像；图像在不同分辨率水平上的能量和噪声不会互相干扰；融合图像的块状伪影亦容易消除。图4为使用Dabechies小波进行分解并进行融合的例子。
基于小波变换图像融合的优点，小波变换在医学图像融合中的应用已经受到大家的普遍重视，是融合研究的一个新热点，而且目前多分辨小波分析技术已经成为多分辨图像融合的一种主流技术。由于小波分解的快速算法能实现图像的实时融合，我们相信采用基于小波分析的医学图像融合方法具有广阔的应用前景。
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英文名称：Journal of Diagnostic Imaging & Interventional Radiology
主管单位：国家教育部
主办单位：中山大学
出版周期：双月刊
出版地址：广东省广州市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1005-8001
国内刊号：44-1391/R
邮发代号：46-221
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1992
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与此同时，医院数字化、信息化、无胶片化的建设作为医疗改革的一部分，在近几年备受关注，作为医学影像信息化发展的重要推动者，爱普生公司携全新的医学影像光盘印刷刻录解决方案亮相本次研讨会。
爱普生医学影像光盘印刷刻录解决方案是将爱普生医学影像光盘印刷刻录机通过医学影像光盘刻录管理软件直接连接在CT、MRI等医学成像设备或PACS等系统中，自动接收医学影像设备或系统发送的患者检查信息，并将接收到的信息刻录到医学影像光盘里，为患者诊断提供便利，受到参会者的广泛关注。
医学影像光盘取代传统使用的胶片，已经成为医疗信息化改革的必然趋势。长期以来，国内医疗机构的放射科、影像中心等部门，都使用传统的医疗胶片保存患者的CT、MRI、超声波等检查信息。胶片成本高，存储文件类型单一、携带不方便，制作过程不环保。而光盘储存量大、支持多文件类型、携带方便，环保型好，非常适合代替传统胶片成为医学影像存储介质。而且早在2012年，国家发改委、卫生部、中医药管理局就在《全国医疗服务价格规范》明确规定：“所有胶片和各种图文报告成本均包含在该医疗服务价格项目中，不得另行收费。图像较多时，可以用光盘等存储介质替代胶片，不得另行收费”。2014年1月7日上海市物价局、上海市卫生和计划生育委员会、上海市医疗保险办公室三部门也联合《关于规范和调整本市换药等部分医疗服务项目和价格的通知》（沪价费〔2014〕6号），规定了相关的医疗服务收费标准，取消了一部分医疗胶片的收费，医院成本增加。相比之下，光盘价格低廉，存储容量大及保存时间久、环保、携带便捷等等优势是取代传统医疗胶片的最佳选择。
众所周知，医院每天都会采集到大量的医疗影像信息，如何高效的完成医疗影像光盘制作，爱普生为此提供了智能化、自动化的解决方案，这就是爱普生医学影像光盘印刷刻录解决方案。
爱普生全新医学影像光盘印刷刻录解决方案是基于DICOM网络环境下快速、高效、按需发行的全自动医学影像光盘印刷刻录输出方案，它让医学影像资料的存储、备份、电子病历的分发更为便捷，全面助力医学影像光盘在医院的推广使用。爱普生医学影像光盘印刷刻录解决方案包含两大部分――医学影像光盘刻录管理软件和爱普生医学影像光盘印刷刻录机，它可以与CT、MRI、PET、DR、CR、DSA等数字化影像成像设备连接，还可与PACS、HIS、RIS等系统连接，自动接收医学影像设备或系统发送的患者检查信息。并将接收的患者检查信息刻录到医学影像光盘里。而且医学光盘储存文件类型多样，不仅可取代传统胶片进行医学影像存储，还可以拓展应用范围，对新生儿出生过程、手术过程进行录制储存，还可以取代纸质病历，将带有患者病历数据、诊断信息、影像资料的电子病历进行分发和归档。全面支持医院数字化、信息化、无胶片化的建设需求。
另外爱普生医学影像光盘印刷刻录解决方案中的医学影像光盘刻录管理软件是全面的智能信息管理平台，具备强大的数据管理和查询功能，符合IHE、PDI规范。还自带专业医学影像浏览器，提供丰富的影像后处理和传输功能。医生根据诊断需要将患者影像信息刻录在光盘上后，光盘中自带的影像处理功能可对影像进行如窗宽窗位调节、动态影像的播放、放大缩小、翻转旋转、放大镜、锐化、浮雕、定位线、测量、标注、融合等操作，可以在任意电脑中浏览图像和进行图像处理，方便医生参与业务交流时，在其他计算机上进行图像查询、处理。光盘便于携带的特点不仅方便了医生将医学资料在医院外交流，也方便了患者将储存有自己病例资料和动态影像资料的光盘带到其他医院，或者让其他专家作出诊断意见。解决了在诊治危重病例或邀请外院专家会诊时，调阅胶片难度大，不易递送的难题。
英文名称：Chinese Imaging Journal of Integrated Traditional and Western Medicine
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国中西医结合学会;山东中医药大学附属医院
出版周期：双月刊
出版地址：山东省济南市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1672-0512
国内刊号：11-4894/R
邮发代号：24-200
发行范围：
创刊时间：2003
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Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
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核医学科是一门边缘学科，内容涉及多个学科，其检查项目几乎涵盖了人体所有系统，同时还涉及核物理、辐射生物学效应、辐射防护等基础学科；随着现代医学的发展，核医学功能影像的优势得到越来越充分的体现，尤其在肿瘤学、心脑血管疾病中的应用，越发显得重要；因此及时修订教学大纲，适当增加教学时数；同时紧扣临床实际应用，调整教学内容，重点突出核医学功能显像优势，在有限的学时内，精简内容，重点讲述核医学优势项目，如：（1）内分泌系统核医学。（2）临床应用广泛的核医学技术，如：骨骼系统、泌尿系统等。（3）在临床诊断治疗、疗效判断、预后评估中有较高临床应用价值的核医学技术，如：肿瘤核医学、心血管系统核医学、神经系统核医学。（4）临床价值重大的核素治疗，如甲状腺疾病及肿瘤的核素治疗等。对重点内容进行重点讲解，从核素显像的原理，影像的分析要点、常见的异常类型、临床应用价值以及核素治疗的适应证、禁忌证、治疗后的防护，突出教学中的重点内容；同时给出实际病例，进行课堂讨论，积极与学生互动，活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，增强教学效果。在考试命题过程中，充分体现教学大纲中的重点内容，突出核医学的临床实用性。
2改进教学方法，进行多模式教学
过去由于教学内容多，理论课时数少的矛盾，教师们更多进行了“填鸭式灌输”的传统教学模式，课堂以教师讲授为主进行教学，忽略了与学生的互动、提问、讨论等环节，使学生疲于接受教学内容，而难以及时消化吸收，导致学习兴趣低、学习效率低。随着多媒体技术在医学教学中的广泛应用，核医学的教学模式发生了前所未有的变革。多媒体技术将图像、动画、视频及文字资料生动逼真的融于教学过程中，将抽象的无法用语言描述清楚的教学内容予以模拟，给学生们更为直观、深刻的影像，为学生提供了一个感性认识与理性认识相结合的平台。教师们充分利用多媒体教育技术来辅助教学，将大量的图片制作成多媒体幻灯，将核素示踪过程完全以图片或动画的形式展现给学生，结合实际病例进行提问并展开讨论，最大限度的吸引了学生的注意力，高度的调动了学生学习的积极性、主动性，实现教学互动，突出了教学中的重点，增加了教学信息量，同时增强了教学效果。
3将核医学影像与其它影像学进行比较，体现出核医学功能显像独特优势
在教学过程中，我们发现学生们以放射学得理念学习核医学，特别强调解剖学的概念，例如在描述影像时，常用放射学概念，如“密度”、“信号”等，因此，授课时，我们特别将放射影像学与核医学进行对比，在总论的教学过程中，强调放射影像学与核医学成像原理的不同；在各论教学时再进行比较教学；例如心肌灌注显像是核医学的一个重点内容，主要目的是评估冠心病心肌缺血的部位、范围及程度；而多排螺旋CT冠状动脉血管成像（简称冠脉CTA）也是目前诊断冠心病的主要影像学诊断手段之一；我们将二者进行比较教学；冠脉CTA检查的是冠状动脉的解剖学改变，即冠脉有无狭窄、钙化及肌桥，并对病变进行精确定位。理论上冠状动脉狭窄可致心肌的血流灌注减少，但由于机体有着强大的代偿机制，并不是所有冠脉狭窄、斑块及肌桥都会出现心肌缺血或梗死，因此，冠脉CTA并不能显示冠脉疾病引发的心肌缺血的范围、程度；然而这恰好是心肌灌注显像的特长。心肌灌注显像观察的是心肌的血流灌注情况，通过心肌放射性分布的多与少反映心肌血流灌注的多与少，而心肌细胞聚集放射性的多少取决于该部位冠状动脉灌注血流灌注量，即心肌灌注显像反映的是冠状动脉狭窄这个病因所导致的结果-冠心病患者心肌缺血的范围及程度，从而判断预后，并可评价冠脉支架的疗效。这好比是水渠与稻田，冠状动脉好比是水渠，心肌好比是稻田，水渠有问题不能代表稻田的灌溉不好，而我们更为关注的是稻田里的麦苗是否长的好，即心肌是否缺血。由此可见冠脉CTA所提供的是解剖学信息，心肌灌注显像提供的是功能学信息[2]，二者分别反映了一个疾病的两个不同的侧面，从不同的角度对疾病进行评估，各有所长，不可相互替代或混淆。
4紧随现代医学发展，及时更新教学内容，增加核医学最新研究进展，培养学生及时跟进医学科技发展的新动态
科学技术的飞速发展带动了现代医学的发展，现代医学影像学的发展更是日新月异。现代医学影像学已从单纯的形态学诊断发展为形态与功能成像并重，并着眼于分子影像学的研究，分子影像学代表了21世纪医学影像学的发展方向。随着现代核医学的不断发展，尤其是分子核医学取得了显著进展，带动了肿瘤核医学、核心脏病学及神经核医学的迅猛发展。尤其是图像融合技术的应用，解决了核医学图像模糊、解剖结构欠清晰的难题；PET/CT、SPECT/CT图像融合一体机的使用，使核医学的发展进入了新的发展阶段[2]。另外，随着现代临床医学及现代医学影像学的发展，有些传统的核医学检查方法的临床应用逐渐减少，甚至被淘汰了；同时，随着核医学仪器及放射性药物的发展，核医学中新的内容层出不穷，我们需要及时跟进核医学的发展，将核医学的新技术、新进展及时补充到教学中，突出核医学先进性及实用性，及时对教学内容进行更新并重点讲解这些内容，例如：随着PEC/CT的广泛使用，正电子显像成为了核医学研究热点，并广泛应用于临床，因此，正电子显像的显像原理、临床应用价值就成为了新的重点内容；这样更贴近临床的教学，不但提高了学生的学习情趣，同时也拓宽了学生的知识面，使得学生们及时跟进学科发展新动态，在将来的临床实践中能更合理自如的运用核医学知识为临床服务。
5加强教师技能培训，促进教师知识扩展
（1）内分泌系统核医学。
（2）临床应用广泛的核医学技术，如：骨骼系统、泌尿系统等。
（3）在临床诊断治疗、疗效判断、预后评估中有较高临床应用价值的核医学技术，如：肿瘤核医学、心血管系统核医学、神经系统核医学。
（4）临床价值重大的核素治疗，如甲状腺疾病及肿瘤的核素治疗等。对重点内容进行重点讲解，从核素显像的原理，影像的分析要点、常见的异常类型、临床应用价值以及核素治疗的适应证、禁忌证、治疗后的防护，突出教学中的重点内容；同时给出实际病例，进行课堂讨论，积极与学生互动，活跃课堂气氛，充分调动学生的学习积极性，增强教学效果。在考试命题过程中，充分体现教学大纲中的重点内容，突出核医学的临床实用性。
2改进教学方法
进行多模式教学过去由于教学内容多，理论课时数少的矛盾，教师们更多进行了“填鸭式灌输”的传统教学模式，课堂以教师讲授为主进行教学，忽略了与学生的互动、提问、讨论等环节，使学生疲于接受教学内容，而难以及时消化吸收，导致学习兴趣低、学习效率低。随着多媒体技术在医学教学中的广泛应用，核医学的教学模式发生了前所未有的变革。多媒体技术将图像、动画、视频及文字资料生动逼真的融于教学过程中，将抽象的无法用语言描述清楚的教学内容予以模拟，给学生们更为直观、深刻的影像，为学生提供了一个感性认识与理性认识相结合的平台。教师们充分利用多媒体教育技术来辅助教学，将大量的图片制作成多媒体幻灯，将核素示踪过程完全以图片或动画的形式展现给学生，结合实际病例进行提问并展开讨论，最大限度的吸引了学生的注意力，高度的调动了学生学习的积极性、主动性，实现教学互动，突出了教学中的重点，增加了教学信息量，同时增强了教学效果。
3将核医学影像与其它影像学进行比较
体现出核医学功能显像独特优势在教学过程中，我们发现学生们以放射学得理念学习核医学，特别强调解剖学的概念，例如在描述影像时，常用放射学概念，如“密度”、“信号”等，因此，授课时，我们特别将放射影像学与核医学进行对比，在总论的教学过程中，强调放射影像学与核医学成像原理的不同；在各论教学时再进行比较教学；例如心肌灌注显像是核医学的一个重点内容，主要目的是评估冠心病心肌缺血的部位、范围及程度；而多排螺旋CT冠状动脉血管成像（简称冠脉CTA）也是目前诊断冠心病的主要影像学诊断手段之一；我们将二者进行比较教学；冠脉CTA检查的是冠状动脉的解剖学改变，即冠脉有无狭窄、钙化及肌桥，并对病变进行精确定位。理论上冠状动脉狭窄可致心肌的血流灌注减少，但由于机体有着强大的代偿机制，并不是所有冠脉狭窄、斑块及肌桥都会出现心肌缺血或梗死，因此，冠脉CTA并不能显示冠脉疾病引发的心肌缺血的范围、程度；然而这恰好是心肌灌注显像的特长。心肌灌注显像观察的是心肌的血流灌注情况，通过心肌放射性分布的多与少反映心肌血流灌注的多与少，而心肌细胞聚集放射性的多少取决于该部位冠状动脉灌注血流灌注量，即心肌灌注显像反映的是冠状动脉狭窄这个病因所导致的结果-冠心病患者心肌缺血的范围及程度，从而判断预后，并可评价冠脉支架的疗效。这好比是水渠与稻田，冠状动脉好比是水渠，心肌好比是稻田，水渠有问题不能代表稻田的灌溉不好，而我们更为关注的是稻田里的麦苗是否长的好，即心肌是否缺血。由此可见冠脉CTA所提供的是解剖学信息，心肌灌注显像提供的是功能学信息，二者分别反映了一个疾病的两个不同的侧面，从不同的角度对疾病进行评估，各有所长，不可相互替代或混淆。
4紧随现代医学发展
及时更新教学内容，增加核医学最新研究进展，培养学生及时跟进医学科技发展的新动态科学技术的飞速发展带动了现代医学的发展，现代医学影像学的发展更是日新月异。现代医学影像学已从单纯的形态学诊断发展为形态与功能成像并重，并着眼于分子影像学的研究，分子影像学代表了21世纪医学影像学的发展方向。随着现代核医学的不断发展，尤其是分子核医学取得了显著进展，带动了肿瘤核医学、核心脏病学及神经核医学的迅猛发展。尤其是图像融合技术的应用，解决了核医学图像模糊、解剖结构欠清晰的难题；PET/CT、SPECT/CT图像融合一体机的使用，使核医学的发展进入了新的发展阶段。另外，随着现代临床医学及现代医学影像学的发展，有些传统的核医学检查方法的临床应用逐渐减少，甚至被淘汰了；同时，随着核医学仪器及放射性药物的发展，核医学中新的内容层出不穷，我们需要及时跟进核医学的发展，将核医学的新技术、新进展及时补充到教学中，突出核医学先进性及实用性，及时对教学内容进行更新并重点讲解这些内容，例如：随着PEC/CT的广泛使用，正电子显像成为了核医学研究热点，并广泛应用于临床，因此，正电子显像的显像原理、临床应用价值就成为了新的重点内容；这样更贴近临床的教学，不但提高了学生的学习情趣，同时也拓宽了学生的知识面，使得学生们及时跟进学科发展新动态，在将来的临床实践中能更合理自如的运用核医学知识为临床服务。
5加强教师技能培训
促进教师知识扩展首先，医学科学的发展，鞭策着教师们要在教学过程中不断更新知识，拓宽视野，提高业务水准。尤其图像融合技术的应用，迅速推进了分子核医学的发展，因此教师们需要充分利用各种资源，更快更新教学内容，使学生了解核医学的新进展，培养学生及时跟踪的学科新动态。其次，多媒体教学的应用，使得核医学的教学形式发生了重大变化，也充分调动了学生的学习兴趣与积极性；如何更好的应用多媒体进行教学，也成为了教师们的新课题。这样的变化不仅要求教师精通核医学的专业理论和实践，还要求教师掌握基本的微机应用知识、相关的操作软件、一定的网络知识及扫描仪、数码相机等电子仪器的应用技能。
