3.1.1在线视频

各位同学大家好

这一节课我们向大家讲述的内容是

医学图像处理意义

这里我们以一个肿瘤患者为例子

向大家简单的介绍一下

在临床上检查治疗的几个基本过程

打个比方

有一天一个患者来到了医院

对医生说他最近有一个头晕头痛的症状

想让医生帮助他

看看他到底有一个什么问题

然后医生对她的基本情况进行了评估

发现他最近并没有摔倒磕碰的事件的发生

比如说我们并没有

轻度脑外伤事件的发生

然后可能会建议这个患者去做一下

头颅的图像采集

当我们采集到了患者的头颅信息的时候

医生拿到这位患者的头颅的图片

发现这个患者运气非常不好

颅内有一个肿瘤

然后我们通过活检的方式

对这个肿瘤的严重程度进行一个检测

我们去看一下它到底是轻度还是重度

在这个过程当中

我们的检查基本上就已经全部结束了

我们就进入了下一步治疗阶段

那医生通过对患者肿瘤严重程度评级

可能设计了相应手术的方式

在手术过程之后

我们发现这个患者运气非常不好

他的治疗效果很一般

肿瘤依然在生长

那医生可能建议患者去尝试一下

放疗治疗的更加极端一点的治疗方式

伴随着治疗的过程

如果治疗效果还不好

那医生可能会建议该病人

去做一些实验性的一些疗法

我们看一下下面这张图

在整个的检查阶段

我们有大量的人来进行检查

而且在这一部分我们只需要

花费很少的钱

就能够完成我们的检查阶段

但在这一大部分的人群里面

可能有一些人确实发生了一些很严重的疾病

需要做一些手术放疗的一些治疗方式

伴随着这些疾病严重程度加剧

那我们人群的数量会逐渐的下降

但是伴随着复杂的治疗方式

比如说手术 放疗

在这个阶段我们患者花费的钱数

却是一个指数级的增加

我们相信各位同学经常

在各种媒体上看到各种的报道

某某家庭

因为家里面有一位小患者

生了很严重很严重的病

整个家庭都不能负担在整个治疗过程当中花费

希望社会帮助他

那我们下一步再看一个具体病人的图片

这是一个癌症患者病人图片

这个患者在刚来医院的时候对医生说

他最近身体有点不舒服

胸有点胸闷 想让医生帮她看一看

医生说那我们就做一个胸部的图片扫描吧

我们看到了最左边的那幅图

在这幅图里面

患者并没有在通过图像理解上面

我们医生图像相对于左右对称

而且并没有一些图像上的一些奇怪的现象

那我们下了一个诊断

好像没有什么太大的问题

你要不回去吃点药多休息休息吧

然后7个月之后这个患者又来到了医院

对医生说我吃药了

可是并没有什么改善

依然很难受

然后医生在这个阶段

又让他去做了一个胸部图片的扫描

我们进一步发现图片

我们发现中间的这一幅图片

跟最左边的这幅图片相比

并没有任何明显变化

看起来好像也是一样的

然后医生又对病人说

要不你再换换别的药

回去多注意休息 多调节调节情绪

然后12个月之后

病人来到医院 对医生说

他的症状没有任何缓解 反而加剧了

那这个时候医生又对他

进行了一次胸部的图片扫描

在这个时候我们看一下最右边的这张图

在我们左侧的位置有一块很明显疾病病变

那这个时候医生对病人说

你可能生了很严重很严重的病

你需要做后面治疗

通过这个例子我们能够知道两件事情

第1件事情是

临床进行基于图像临床诊断缺陷

什么

当我们疾病发展到一个严重程度的时候

当发展到非常重的时候

我们通过肉眼能够辨别出

一些图像上奇怪的现象的时候

往往都是这个疾病的比较严重的阶段

这个病人生活质量

已经受到了严重影响阶段

通过对这个阶段诊断

我们能对这个患者进行一个建议性的治疗

或者说一些更加对症的一些治疗方式

但是对于患者来说

他很早就来到了医院

而且很早就出现了一个现象

但为什么在很久之后

我们才能对它做一个精确诊断

或者说更适合他准确的诊断

原因就只有一个

因为我们在他的疾病初期看不到

我们这里说的看不到是说

我们的肉眼看不到任何可辨识的图像特征

我们看不到任何奇怪的现象

所以我们不能进行对它进行任何诊断

我们只能有一些建议性的治疗

那我们下面那个问题来了

我们要这个例子说明的第2件事情是什么

我们是否存在一种方式

能够在这个患者早期的时候

比如说在我们这个例子里面

最左边这张图和最中间这张图

他刚来的时候和他7个月的时候

我们能否能够得到一些有意思的东西

我们通过这些有意思的东西对他进行诊断 避免

或者说让它在疾病还没有发展成

非常严重的时候

只要吃一两颗对症的药物就能解决的时候

而不用通过什么手术放化疗进行干预的时候

就能够对他有一些很有建设性的意见

那问题出在哪里

我们看图我们在第1个时间点

第2个时间点和第3个时间点

我们通过肉眼只能在第3个时间点

发现一些肉眼可辨时的图像特征

那我们问题来了

那我们是否能在第1个时间点和第2个时间点

也能够发现一些跟疾病相关的特征

虽然这些特征是肉眼识别不了的

那这些特征计算机是否能够识别

我们知道通过计算机

我们能够探测出一些非常小我们看不到的

但是有已有变化的一些图像的一些特征

你通过这些特征

我们是否能够获取到更多的

跟疾病相关的一些信息

并对这个患者有所帮助

这就是我们图像处理的意义

大家再看这张图

我们希望在检查的阶段

我们希望在检查的阶段评估

通过评估图像的采集病情分级

我们希望有更多的人能够来医院

当你有任何不舒服的时候来医院

只用通过检查

我们通过计算机的方式

采集到了你一些可能未来会发展成

很严重情况下的一些图像特征

我们基于这些图像特征

我们知道了 你在未来可能会

发展成的这样症状

我们通过在疾病初期的时候

就对疾病进行诊断

并给他一个合适的一种治疗方式

我们让需要手术 放疗 实验性疗法的人群

大大的下降

在这个过程当中

我们知道我们要感谢的国家政策

也要感谢我们的新技术不停的涌现

我们当前在图像采集的阶段花的钱已经非常少了

举个例子来说

我们在5年前做一个磁共振序列的扫描

不只是5年前 可能是6 7年前

不好意思

在经过一个图磁共振序列的扫描

可能大概需要3000人民币

但是现在有些地方已经到了

750人民币甚至更低

我们相信在未来伴随着技术的逐渐的发展

我们图像采集的费用会非常非常低

甚至有可能纳入某个公司

每年的定期的医疗检查里面

我们希望通过图像处理的方式

能够采集到这些信息

对这些信息进行分析

获取到一些跟疾病相关的知识

对这些知识获取

对这个疾病进行一个早期判断

我们希望能够提高整体社会健康的水平

让生很严重很严重病的人数逐渐的下降

就像这幅图上的展示的这个样子

那我们简单的看一下

在没有医疗器械出现之前

就是我们没有成像设备出现之前

我们想想

如果刚才那位肿瘤病人来到医院

对医生说他最近有头晕头痛的现象

头疼的时候宛如有人在他的脑子里面修马路

想让医生帮他处理一下 检查一下

那如果我们没有这些技术手段

我们怎么做

只能通过外科的方式

把脑子打开看一看

然后再把它合起来

我们相信如果在所有的疾病的检查过程当中

如果都是采用相似的方式的话

我们人类一些疑难杂症

包括一些致死性的疾病的范围

可能会扩的非常非常大

很多病都没有办法治了

但新技术 新设备的不断涌现

推动了我们整个生命科学发展

比如说1901年X光的出现

首次 我们可以用首次这个词来形容

通过非侵入的方式

我们知道什么是非侵入的

我不用把这块的胳膊剌开

我只用通过X光就能够看到里面的骨头

我们通过非侵入的方式能够看得到我们想要信息

那伴随着1979年ct获得了诺贝尔奖

我们从看得到逐变到了

第2个楼梯 看得清楚

当时只能在于通过X光

我们只能看到简单的轮廓信息

但是借助于ct

我们已经能够很清楚看到了

我们比如说大脑内部某一块脑区

每一块重要的解剖位置

它的纹理信息

看看它到底是怎么长的大小有多大

范围有多大

我们已经能够看得清了

这里简单的向大家介绍一下

ct和X光是属于非侵入式的

但是对人体有伤害的一种成像的方式

那2003年磁共振获得诺贝尔奖

大家可以看一下时间

时间周期越来越短

磁共振获得诺贝尔奖

从看得清已经转变到我们第3个台阶

看得更加的准确

我们ct的分辨率大概在4个毫米

但磁共振当前已经达到0.5个毫米

看的已经非常小了

看得非常准确

而且当前磁共振已经

有一个比较广在临床上应用

我们可以借助磁共振能够看到

颅内得很多很多信息

那这里还是要向大家简单的强调一下

磁共振是属于一种非侵入式的

无害的一种成像方式

我相信之前的课堂的内容

大家已经有所了解

磁共振是借助我们人体自发的一种磁场

来进行一个成像

是一种非侵入式的

比如说你在用ct做一个颅内的扫描

可能做完ct之后你会有头晕恶心症状

但是用磁共振不一样

磁共振它是无害的

所以是一种非常绿色的图像的采集的方式

随着技术的发展

当前MI分子影像也出现了

MI是一种分子影像

是一种什么样的技术

它是一种看的很早的技术

跟磁共振相比

我们只有这个疾病发生到某一个阶段的时候

我们颅内有了某种很明显的变化的时候

我们才能够看得到

只不过就是看得更加准确而已

但是Mi不一样

比如说我们这里面有一只小鼠这个小鼠

有了得癌症的先兆

也就说它里面生成了一些癌细胞

那我们对它的血管注射一种荧光的探针

那这种荧光的探针有什么作用

它只要能够看到了癌细胞

它在身体里面转一圈

随着我们的循环转一圈

在转的过程当中

只要看到癌细胞

它就像交到了好朋友一样

去把癌细胞进行了拥抱 我们叫包裹

然后这种分子同时

它会在某种特定的机器之下

能够探测到它的光是怎么发光的

那通过这样的方式

只要你的身体里面有任何的癌细胞

只要这一个荧光探针的敏感度够

它就能够探测到当你的癌细胞

还没有累积到我们所称之的癌症的时候

它就能包裹住 能够看得到

那借助于现代这些我们刚才提到的

这些成像技术设备

我们就能够得到很丰富的图像信息了

在这些丰富的图像信息的基础之上

对这些图像进行处理

得到我们感兴趣的知识

那我们就可以加深我们对于这些疾病理解

有助于我们对患者帮助

那我们下面再看一下

图像到底能够采集到哪些信息

我们这里还是以大脑为例

向大家简单的介绍一下

大脑充满了神经元

并组成了两种类型组织

灰质和白质

那灰质是什么 由神经元组成

比如这张图上所示

颜色相对于深的那些地方就是灰质

颜色相对于浅的那些地方就是白质

灰质上充满了大量的神经元

白质上面存储了大量的神经纤维

白质上面存储了大量的神经纤维

我们知道神经元和神经元之间

如果要进行一个电信号的传递

要通过神经纤维

如果再说的通俗一点

灰质上面存的全是水龙头

水龙头里面的水如果想流到另外一个水龙头上

它必须通过一条管子连到一起去

而这些管子就全部存在白质上面

这个例子可能不是特别准确

但也能简单的描述一下它们之间关系

那神经元紧密联系到一起

并存在很多突触

那我们为什么叫突触

大家肯定也都知道长的和树枝一样

我们所以用树突来对它进行一个描述

那在连接的神经元和神经元之间

是由轴突所联系到一起的

轴突被一些髓鞘所包裹

并集结成束

然后组成了神经纤维来进行一个信号传递

我们这里用攻克的方式来向大家描述一下

神经元 轴突和髓鞘之间关系

我们知道在电脑里面存在着很多很多元器件

这个元器件想要传递一个信号到这个元器件上

必须通过电流

我们有一个电信号

从一个导线传到这个元器件上面

这个元器件接收到这个元器件的信号

还可以进行实现的相应的功能

比如说这里按了个开

比如说我这里有一个开关的动作

灯一下亮了

它得有一个电流传过去

在这个过程当中

神经元就相当于我们不同的元器件

那轴突是什么

轴图相当于那根导线里面的铜芯就是电线

然后髓鞘是什么

髓鞘相当于我们那一个导线

外周包裹的橡胶皮

那在这个过程当中

我们问大家一个问题

如果我们的橡胶皮也就是髓鞘破了

会发生什么样现象

那大家肯定很清楚会发生漏电的现象

电流就从橡胶皮破的地方跑出去了

那就会导致两种结果发生

第1种结果

就是信号传递变弱了

有一部分电漏出去了

第2种结果漏电特别严重

我们信号就传递不过去了

导致了两个神经元和神经元之间

没有办法进行信号传递

也就是说在临床上

也把这种现象叫做脱髓鞘的疾病

比如说有很多脱髓鞘的疾病

我们大脑里面有很多的脑区

它的功能 它的结构并没有受到任何的破坏

但是却产生了他不能说话了

他不能走路的一些临床现象

为什么

有可能就是他的髓鞘出了问题

全部漏电了 信号传不过去了

我们两个神经元之间或者两个脑区之间

并没有达到一个功能的交互了

功能上没问题

但信号传不过去了

导致临床出现了一些很严重的临床症状

那通过图像的方式

我们都能够把这些信息获取到

你最后再总结一下

我们借助于多模态磁共振成像技术

来观测我们整个的人体系统

那这里我们主要观测的是大脑

我们把大脑拿了出来

我们借助现在磁共振成像的技术手段

我们功能成像技术手段有什么

磁共振 PETct fMRI

还包括其他的大家可能听过的一些技术手段

我们采集到大脑的结构信号和功能信号

如这边的图所示

我们能够采集到它的结构和功能的信号

下一步工作是什么

下一步工作就是借助实验室的技术手段

很多工科的计算的方法的一些数据手段

让我们在这些浩如烟海的数据集里面

获取到我们想要感兴趣的一些大脑的信息

然后通过对这些信息获取

我们对我们的疾病有一个更深入了解

基本过程就是这样

这节课主要向大家介绍一下

我们图像分析重要意义

谢谢大家

我们下节课再见