摘 要 近年來(lái)，圖像融合已成為圖像領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要而有用的新技術(shù)，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，由于醫(yī)學(xué)儀器的成像機(jī)理及應(yīng)用環(huán)境的不同，得到的醫(yī)學(xué)圖像具有不同的細(xì)節(jié)，利用多源醫(yī)學(xué)圖像的互補(bǔ)或冗余信息，圖像融合可使獲得的融合結(jié)果包含更豐富的細(xì)節(jié)及更全面的信息，比任何單一源圖像都更全面、更精確。

關(guān)鍵詞 圖像融合 醫(yī)學(xué)成像技術(shù)

一、圖像融合的概述

圖像融合是指把從多個(gè)圖像傳感器得到的冗余信息或者互補(bǔ)信息進(jìn)行集合的過(guò)程。在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中，圖像融合的應(yīng)用就是將多種成像模式（兩種模式或者多種模式）的醫(yī)學(xué)圖像相互集合起來(lái)，利用各種成像的的優(yōu)點(diǎn)，在一幅醫(yī)學(xué)圖像上同時(shí)表達(dá)出來(lái)自人體多個(gè)方面的信息，例如把人體顱部的CT圖像和磁共振圖像通過(guò)醫(yī)學(xué)圖像融合技術(shù)得到相應(yīng)的顱部的融合圖像，用以輔助顱部組織創(chuàng)傷的定位以及診斷，這樣大大提高了臨床醫(yī)學(xué)診斷和治療的可靠程度。目前，有些科學(xué)研究工作者已經(jīng)將圖像融合的定義放寬到已有的可見(jiàn)圖像，乃至紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)等非可見(jiàn)光的圖像。但是，無(wú)論待融合的圖像來(lái)自于和種成像方式，圖像融合主要主要解決的問(wèn)題是通過(guò)取出多幅圖像間的冗余信息來(lái)提高圖像的信息度以及可靠性，并且通過(guò)處理多幅圖像間的互補(bǔ)信息來(lái)提高圖像的清晰度。

二、醫(yī)學(xué)圖像融合的分類(lèi)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像，出現(xiàn)了各種各樣的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備?？傮w上，醫(yī)學(xué)影像成像模式大體可分為兩大類(lèi)：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(tài)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(yī)學(xué)圖像融合分為下面的三大類(lèi)：

（1）單模式融合

單模式醫(yī)學(xué)融合是指相同的成像方式的醫(yī)學(xué)圖像融合。單模式醫(yī)學(xué)圖像融合是指待融合的醫(yī)學(xué)圖像是由同一醫(yī)學(xué)成像設(shè)備獲得的。單模醫(yī)學(xué)圖像融合多用于腫瘤或骨骼的生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)、疾病發(fā)作期與發(fā)作間期的對(duì)比、臨床治療前后的對(duì)比。

（2）多模式融合

多模融合是指不同成像方式的醫(yī)學(xué)圖像融合。多模醫(yī)學(xué)圖像融合是指融合的兩幅醫(yī)學(xué)圖像來(lái)自于不同的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。多模融合主要應(yīng)用于放療計(jì)劃設(shè)計(jì)、手術(shù)定位以及神經(jīng)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(jìn)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(jìn)行比較，就可以確定被測(cè)試者是否正常。

三、圖像融合過(guò)程

1、圖像預(yù)處理

圖像的預(yù)處理主要是對(duì)獲取的兩種方式的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，例如去噪、增強(qiáng)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(tài)臟器的圖像具有相同的總灰度值，但是，由于實(shí)際的噪聲具有隨機(jī)性和不可避免性，所以噪聲對(duì)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(yīng)用幀平均法以及領(lǐng)域平均法這兩種圖像空域處理方法來(lái)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(quán)平均融合方法、對(duì)比度調(diào)制法、基于區(qū)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(shuō)，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(yīng)層上，將所有圖像的金字塔表示以一定的融合規(guī)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(duì)兩幅或多幅待融合的源圖像進(jìn)行特定的小波變換，得到各層小波系數(shù)矩陣，然后對(duì)該系數(shù)運(yùn)用相應(yīng)的融合規(guī)則，得到融合小波系數(shù)，最后進(jìn)行小波反變換，便可得到融合圖像。

四、圖像融合技術(shù)的應(yīng)用

多傳感器圖像融合技術(shù)可廣泛用于地球遙感圖像分類(lèi)識(shí)別、機(jī)器人視覺(jué)、數(shù)字照相機(jī)的大景深成像、醫(yī)學(xué)多模式圖像的總和顯示、虛擬現(xiàn)實(shí)、三維圖像重建、防恐怖安全檢查等領(lǐng)域。在20世紀(jì)80年代末，人們已經(jīng)開(kāi)始將圖像融合技術(shù)廣泛應(yīng)用在一般的圖像分析與處理中。進(jìn)入90年代后，有關(guān)圖像融合技術(shù)的研究呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)，圖像融合技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域也遍及了醫(yī)學(xué)圖像處理、紅外圖像處理、可見(jiàn)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(shù)成為自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在民用方面，已經(jīng)應(yīng)用于智能機(jī)器人、遙感等領(lǐng)域。例如1997年在火星著陸的機(jī)器人——火星探路者，它身上安裝了2個(gè)CCD攝像機(jī)、5個(gè)激光束投影儀、加速度傳感器和多個(gè)關(guān)節(jié)傳感器。由于光從火星到地球的時(shí)間大約需要11分鐘，因此在不小于這段時(shí)間內(nèi)，該機(jī)器人必須能自主地工作。在制造業(yè)中，圖像融合技術(shù)可用于生產(chǎn)線(xiàn)上復(fù)雜工件和設(shè)備的安裝、制造過(guò)程的監(jiān)視、材料的探傷、產(chǎn)品的檢驗(yàn)等。在醫(yī)學(xué)中，通過(guò)對(duì)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(yī)生對(duì)疾病的準(zhǔn)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(yīng)用。

五、結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展以及其在臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用的實(shí)踐告訴我們：面臨復(fù)雜的臨床問(wèn)題，沒(méi)有哪一種方法可以單獨(dú)解決所以得問(wèn)題，每一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)都有其長(zhǎng)處和缺陷，每一種醫(yī)學(xué)成像都包含了各自不同類(lèi)型的診斷信息。如果我們能夠把有價(jià)值的生理、生化信息與精確的解剖結(jié)構(gòu)集合在一幅醫(yī)學(xué)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(yī)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(yī)學(xué)圖像融合技術(shù)是一件非常有意義的事情。

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（作者單位：江西科技學(xué)院瑤湖理科教學(xué)部）