医学超声影像学
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医学超声影像学范文第1篇
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）21-0131-02
随着医学超声影像技术不断的发展，超声造影、三维超声、弹性成像、腔内超声、介入超声、超声靶向诊断与治疗等新技术的不断涌现，使超声影像成为一种全新的诊疗学科，与外科学、肿瘤学、微创医学等学科联系越来越紧密，在临床诊断及治疗中发挥着日益重要的作用。由于临床对超声检查的依赖性越来越高，以及诊断范畴拓宽，导致社会对该专业人才的需求在大幅上升。用什么样的思维方式才能更好地适应医学超声影像技术发展和专业学科的发展，用什么样的教学方式才能很好地达到教学目的，这是从事超声影像学教育工作者所面临的课题。
一、改善超声影像学教学方法
医学超声影像学的教学方法是教师与学生为了实现共同教学目标，完成共同教学任务，在教学过程中运用的方式与手段，可采用教授法、谈论法、演示法、练习法、实验启发、实习等多种方法，以便开展丰富多彩的教学活动。过去多采用教师教授为主的方法，教学方法比较单一，超声影像学内容学生不易接受难于理解，学习兴趣不高；当前以案例教学、研讨互动、情景模拟等方法更加容易激发学生的学习兴趣。
医学超声影像学的主要学习内容包含各系统、器官的理论基础和超声图像的识别，掌握基本概念和原理，了解其内在联系，不能认为课程标准要求什么教师就教什么，这种认识是片面的。学生初次接触超声图像，很难把超声图像与解剖图像之间进行联系，可视化超声教学可以帮助学生将超声图像与解剖图像之间进行概念转换，建立人体器官解剖断面图像与超声图像间的立体思维概念，改变单纯平面思维概念，帮助学生加强实践能力，促使学生从理性认识到感性认识转变。为了真正体现医学超声影像学的教学特点，不断的丰富超声影像图库，插入大量的典型超声声像图、对比结构解剖图，根据教学内容适当插入简短的三维超声动态图像。因此利用文字、图像、声音等多种媒体向学生传递信息，可以化抽象为形象，变静态为动态，变复杂为简单，变枯燥为生动，使抽象的、枯燥的学习内容转化为直观的、形象的、图文并茂、生动有趣的内容。
医学超声影像学是一门实践性很强的学科，除了要有扎实的理论基础，还必须具有丰富临床实践能力。在实践教学中采用学生一对一互动操作练习，通过自身练习来体会和学习正常声像图。对于异常超声声像图的学习，我们建立了超声图像库和可视化超声实践教学软件系统，组成超声诊断典型病例的声像图资料库，所选病例图片均按疾病分为心脏及血管、腹部、妇产、小器官等，充分利用学生第3年学习的时机，由带教老师指导学生通过软件系统调阅并查获感兴趣的病例，用于�W生示教。
二、改进超声影像学教学效果的评价
对教学效果的评价可以从老师和学生两方面入手来评价，首先我们应明确评价目的是为了提高教学质量和检验教学效果，制定评判标准，结合影响因素（包括性别、年龄、教龄、学历、职称、成果），按照教学内容与教学设计，通过学生评价、同事评价、教师自评、专家评价、领导评价等多种方式，采用纸笔评价或网络评价。对于医学超声影像学课程学生学习成效的评价，过去多采用理论课考核成绩占100%，现使用考核形式为期末理论笔试考核成绩占70%，实践能力考核成绩占30%，包括上机动手操作、典型病例思考与分析、以及检查报告的书写完整性和规范性。
三、转变教学模式
常见教学模式类型有以教师讲授为中心的高度集中型、以教育教学民主为中心的温和型、以学生为中心的松散放任型、以程序模式为主的管理型。医学超声影像学理论课内容抽象，学生不容易听懂，对超声图片的理解难度大，所以需要将超声图像与解剖图像之间进行概念转换，建立人体器官解剖断面图像与超声图像间的立体思维概念，我们通常采取以教师讲授为中心的高度集中型结合以教育教学民主为中心的温和型融合教学模式。
过去采取“4+1”的教学模式，即前四年公共课、基础课以及专业课的教学，最后一年进行实习。为了深化教育教学改革，提高教学质量，结合学校总体培养方案，为使医学超声影像学教学方案更加科学、合理，依据教育教学规律及本学科教学实践，安排第七学期学生在接受理论课学习的同时，穿插性的在实践教学基地进行实践教学，并专门配置超声诊断仪用于教学，老师可以一对一的进行教学演示和指导，学生可以随时亲自动手操作，从而使理论教学与实践教学联系更加密切。
在第八、九学期实践教学实习，比传统实践教学安排提前一个学期，不仅体现了早期接触专业、早期接触临床的理念，又避免了学生考研、就业等社会因素对实习的影响，第十学期采取个性化强化培养，使学生能力和素质进一步提高。
四、加强师资建设
要培养高素质的人才，师资是关键。师资力量建设应满足学科发展建设的需要；满足专业和专业特色凝练的需要；满足科研工作上水平的需要；满足提升教学质量的需要，师资力量在教学中占有举足轻重的地位。过去我们师资力量薄弱，仅2―3名理论课教师，现师资队伍不断强大、结构更加完善合理。
1.加强理论课教学师资队伍的建设。理论课教师队伍的建设，需进一步优化教师队伍的年龄结构、学历结构和学缘结构，积极引进超声医学高学历人才，建立一支稳定的教师队伍，积极加强对教师的知识和技能培训，使其不仅具有扎实的超声医学知识，及时掌握超声医学的新技术、新方法，还要鼓励教师开展教学研究和改革，提高教学水平和教育质量。同时要加强师风师德建设，乐于奉献、忠于职守、严谨求实、率先垂范，创造性地做好教学工作，充当教育教学改革的中流砥柱。
2.加强实践教学基地师资队伍建设。实践教学基地分实验室和医院，医院工作的重点仍然是临床工作，加强与实践教学基地沟通和交流，提高实践教学基地对教学工作的重要性，充分利用国家住院医师规范化培训基地资源，努力提高实践教学基地教学的效果。
医学超声影像学范文第2篇
1介入超声影像简介
自从本世纪50年代临床应用超声医学影像以来，该项技术取得了快速的发展，新型成像方法不断出现，定量测量不断完善及计算机的飞速发展。其中介入超声医学成像也取得了显著的进展，目前，介入性超声影像主要包含3方面：①通过各类腔内探头进行成像；②通过各类穿刺探头可对病灶活检，便于确诊病变性质；使用超声影像引导病变部分的手术定位或药物输入等以达到缓解和治疗疾病的目的,由于技术的进步及临床的实际需要，各种类型的腔内探头相继出现，解决了许多临床诊断中曾存在的困难。对于某些病灶，有时需要对其进行定性，便于临床选择适当的治疗方式，由于这些方面的需求，临床中各种病变组织穿刺活检的技术渐渐在影像的引导下发展起来。然而，临床中发现病变和对病变进行定性并不是最终目的，为使用有效方式治疗病变并促使患者尽快恢复健康，各种通过医学超声影像技术的引导对病灶进行手术、治疗的技术得到迅速的发展，目前，介入超声在乳腺腺瘤的微创旋切，穿刺活检、囊肿硬化、甲状腺瘤、肝癌、肝血管瘤、子宫肌瘤等的微波消融治疗。脾功能亢进、颌下腺功能亢进的局部消融治疗以及经肝门静脉穿刺肝脏干细胞移植、各种置管引流治疗等介入超声的临床应用等发展迅速。在临床应用中取得了良好的效果。
2介入技术超声影像对临床诊断、治疗作用
下面我仅介绍几种介入超声影像对临床诊断、治疗的应用。
目前进行超声成像的腔内探头主要有：经食道、阴道、尿道、呼吸道及直肠等探头。患者在患肺气肿病后，其肺部出现异常扩大，且会将心脏全部或部分掩盖，又因空气对超声全反射的作用，钻咋经体表的心脏探头难以对心脏成像或者影像质量差，无法满足临床中诊断的需要。此时，若选择经食道探头经患者口腔、食道则可达到一定深度，同时获得心脏的声二维的高质量影像、多普勒心脏血流频谱、多普勒血流图彩色等，并可对图像定量测量及计算，为临床的诊断和治疗提供准确、科学的依据。经阴道和直肠探头与经食道探头相同，能弥补经体表探头成像困难的问题，得到相关部位的高质量超声图像，有助于提高临床诊断的准确性和水平。尤其是内科，泌尿科，介入超声影像应用于诊断患者的病变取得了显著的成效，为满足各种探测深度要求，经体表的探头扫描频率普遍较低，但在对泌尿系统疾病进行检查时该类影像质量较难满足临床疾病诊断的要求。经尿道探头可以用高频探头(频率可达10~20MHz)，便于临床获得高质量且清晰的影像，较为准确地诊断出泌尿科的疾病。这些都是介入超声影像技术独特的优点，是体表探头成像无法达到的。而肝病科对肝内感兴趣区的穿刺取组织活检，超声引导下肾脏穿刺活检、颈静脉穿刺置管、乳腺肿物定位、淋巴结穿刺、肝肾脏囊肿置管等10余种穿刺技术的提高，也提高了对疾病的诊断率。
超声介入治疗是随着医学技术的发展，新兴的一种最新的疾病治疗方法。超声介入技术作为现代超声医学的一个分支，是1983年在哥本哈根召开的世界介入性超声学术会议上被正式确定的。它是在超声显像基础上为进一步满足临床诊断和治疗的需要而发展起来的一门新技术。其主要特点是在实施时超声的监视或引导下对脓肿及囊肿置管术；超声引导下肝囊肿、肾囊肿抽吸治疗术及巧囊治疗术；超声引导下肿瘤的射频消融术等多种项目，以下我仅介绍几种介入超声在临床上治疗。
2.1肾积水和肝、肾脏囊液的治疗患有肾积水或肝、肾脏囊液的部分患者，有时必须尽早进行手术治疗，以防止脏器功能出现损伤。传统的治疗时必须行腹部手术，但手术造成的创伤较大，术后恢复时间长，治疗费用也高。使用超声影像引导技术，通过穿刺将囊液或积水抽出来，再在原来囊液的地方打上凝化剂，整个手术过程便告成功。同传统手术相比，非常简单，既减轻了患者的痛苦，创伤很小，容易恢复，又省时省力，减轻患者的经济负担，真是事半功倍。
2.2超声介入射频消融术治疗肝癌大多数肝癌患者因肝硬化、年老体弱等不能手术者，可以进行消融局部治疗，其疗效，不低于手术切除，且微创高效。可以说手术切除作为首选方法治疗肝癌的传统定论受到动摇。研究还表明，我国肝癌患者占全球每年新发约46万人的一半多，约26万人，而大部分是男性，并有乙肝。由于介入治疗方法是一种微创手术，具有操作简单、损伤小、安全方便、费用低廉、近期疗效显著，并发症少，易于重复等优点，尤其对不愿手术或失去手术机会的中晚期肝癌患者，提供了广阔的治疗空间，愈来愈得到国内外学者的重视。
2.3前列腺肿瘤的放射性种子药物植入治疗在我国的中老年男性人群中有一定比例的人都患有前列腺肿瘤，使用常规治疗手段如微波、激光治疗仪进行治疗，虽有一定的缓解效果，但无法根治，且治疗时间较长，或可行手术切除术治疗。而在超声影像技术的引导下将放射性种子药物植入的治疗法则有较好的临床疗效，美欧等国家常常视为治疗前列腺肿瘤的首选方案。
2.4乳腺腺瘤的微创旋切乳腺疾病治疗传统是手术切除病灶，创伤较大，易成瘢痕。随着生活水平和广大患者就诊意识的提高，对医疗技术的要求也不断提高，更微创和更精确的技术已成为一种趋势，是在超声下，利用真空吸引和旋切相结合的原理，基于更精确活检、和更微创的特性，而用其它方法无法进行的乳腺疾病的诊断及治疗[1]。它主要由旋切刀手柄，控制主机、真空抽吸泵三大装置组成。其设计的最大特点就是简单易用，利用真空负压抽吸乳腺组织，完全自动地对乳腺病灶进行重复切割，不需重复进针退针，不需要重复手动操作，大大缩短整个手术时间，可明显减轻患者痛苦；并可在术后放置标记物。乳腺微创旋切手术可在门诊进行，只需局麻，手术时间短，术后即可回家。术中出血少，只有极小切口，术后无疤痕，患者创伤极小。与传统手术相比，还可满足患者对美容的需求。
总之超声介入技术的发展，对超声影像医学有着重要意义。我国的介入性超声医学影像起步较晚，但发展速度较快，国内有不少医院开展了这一技术的应用，但在技术难度比较高的应用如神经外科手术等方面应用得还不普遍，并且国产的超声扫描仪以前几乎都不具备该功能。介入超声影像技术还在不断的发展中，可以预期许多传统手术均可在超声计数的实时引导或直视下进行。我们相信随着医学技术的不断创新及难题的突破，各种新的有效的介入性超声医学影像技术将不断问世，在临床获得广泛的应用，为患者解除病魔的困扰。
医学超声影像学范文第3篇
关键词:生态社会主义思潮;影响;对策
中图分类号:G410 文献标志码:A 文章编号:1002-0845(2012)10-0112-02
一、生态社会主义思潮的基本观点
生态社会主义思潮是20世纪后半叶在西方蓬勃兴起的生态运动的基础上逐渐形成的一种社会思潮。随着西方资本主义以牺牲环境为代价而带来的20世纪50年代到60年代的黄金发展,西方社会有识之士逐渐认识到人类生存发展环境所面临的严峻挑战。在这种背景下,随着以保护生态平衡、维护世界和平、为人类未来生存和发展创造良好环境为主题的生态运动的深入发展,西方社会逐渐兴起了一股批判资本主义生态危机的社会思潮,它要求保护人类生存环境,建立一个人与自然和谐相处、符合生态发展规律的新型社会。到20世纪70年代,这股思潮同社会主义相结合,逐渐形成生态社会主义思潮。其基本观点是:
1.人与自然是辩证和谐统一的。生态社会主义者坚持以“人类尺度”分析人与自然的关系,认为人与自然具有共同的自然本质和社会本质,自然只有在与人类的共同存在以及相互转化中才具有意义;人与自然是通过人的实践、特别是生产实践活动而形成的整体性存在,人与自然在相互交往中走向统一;人类在自然界中具有特殊的地位,这种地位是以人对自然的支配为标志的;劳动是人与自然走向和谐统一的现实途径。
2.资本主义制度是造成全球性生态危机的根本原因。生态社会主义者认为,生态危机是资本主义生产方式的必然产物,也是当代资本主义社会的主要危机。因此,只有废除资本主义制度,才能从根本上解决生态危机,也才能确保人类的生存与发展。
3.关于马克思的经济危机理论。生态社会主义者认为,当今资本主义的危机趋势已经从生产领域转移到了消费领域,由消费异化导致的生态危机已经取代了经济危机,者应该根据新的形势的发展变化,修正已经过时了的的危机理论。
4.关于“稳态经济”模式。早期生态社会主义者认为,摆脱生态危机的根本出路是建立“稳态”的社会主义经济模式,将生产规模和经济发展速度稳定下来,从量的增长转向质的改进上来,从而协调处理好人与自然的关系。后期的生态社会主义则反对“稳态”经济,认为保持经济的适度增长,既与生态环境的要求相兼容,又有利于解决当今人类所面临的一切问题。
5.在社会变革的途径上,提倡非暴力革命与改良主义相结合的原则。生态社会主义者坚信非暴力革命与改良主义是通向生态社会主义社会的“钥匙”。通过“教育”、“示范生活”,为人们展现崭新的绿色生活,逐步地变革资本主义社会。
二、生态社会主义思潮对当前我国高校大学生的影响
1.拓展了大学生的视野,有利于大学生认清导致全球生态危机的根源。生态社会主义思潮认为,二战后,发达资本主义国家国内阶级矛盾和社会矛盾在一定程度上虽然得到了缓解。但是,这种矛盾的缓解是以发达资本主义国家对全球性自然资源,特别是对第三世界国家自然资源的掠夺性开发、牺牲资源和环境为代价而获得的,是以世界上绝大多数人的贫困、少数人的富裕为基础的。这些思想和观点不仅拓展了大学生的视野,使大学生认清当达资本主义国家的高速发展及其国内的“和谐安定”并非依靠资本主义制度自身的优越性,而是依靠传统的剥削和掠夺;同时也使大学生进一步深刻认识到导致全球性生态危机的根源是资本主义制度和资本主义生产方式,从而进一步深化了大学生对生态危机根源的深刻认识。
2.有助于大学生深刻认识和理解建设生态文明的重要意义。对人类与自然界之间关系失调的忧患意识,对生态危机和环境恶化的深切关注,是生态社会主义思潮产生和发展的重要逻辑前提。因此,生态社会主义理论强调经济增长必须考虑环境代价,将生态成本作为整个社会发展的一个重要参数,并以系统论为指导提出了新的社会发展观。这与我国当前所提倡的建设社会主义生态文明有相似之处。社会主义生态文明作为人类文明的一种形式,它以尊重和维护生态环境为主旨、以经济和社会可持续发展为目标,在开发利用自然的过程中,人类从维护社会、经济、自然系统的整体利益出发,尊重自然、保护自然,注重生态环境建设,致力于提高生态环境质量,使现代经济社会发展建立在生态系统良性循环的基础之上,以有效地解决人类经济社会活动的需求同自然生态环境系统供给之间的矛盾,实现人与自然的协同进化,促进经济社会、自然生态环境及其二者之间的可持续发展。
3.导致部分大学生对中国特色社会主义发展前景缺乏信心。部分大学生简单认为,生态社会主义产生和发展的主要原因之一就在于对苏联东欧社会主义无法解决生态问题以及社会主义现实发展模式的失败的借鉴,而中国社会主义制度的确立以及发展模式的选择正是在全面借鉴和学习社会主义的基础上而建立和发展起来的,与社会主义发展理论、模式和实践上是一脉相承的。既然社会主义发展从理论、模式到实践上都存在问题,那中国社会主义发展也必然存在问题;既然社会主义发展模式以失败而告终,那么中国社会主义发展模式也就前景堪忧。因此,他们借用生态社会主义否定中国特色社会主义,导致部分大学生对中国特色社会主义发展前景缺乏信心。
医学超声影像学范文第4篇
关键词：心血管危险因素；颈动脉；粥样硬化；超声
动脉粥样硬化是一种全身弥漫性的病理状态，可同时涉及颈动脉、冠状动脉甚至其它动脉，是脑卒中、冠心病以及其它阻塞性血管疾病的病理基础[1]。大部分心血管病患者在第一次出现临床病症前就已有明显的动脉粥样硬化。而动脉血管在较长的亚临床期内仅表现为内皮的功能障碍和内膜中层的逐渐增厚。颈动脉作为心脑两个重要器官的连接通道，是动脉粥样硬化的易发部位，其病变的出现与主动脉粥样硬化大约同时进行，而往往比冠状动脉早。
近年来有学者研究发现，颈动脉粥样硬化与心血管事件之间存在着较为紧密的联系，并可作为预测冠心病的独立因素。颈动脉超声检查是一种有效、无创的手段，通过测量颈动脉内膜-中层厚度，可以明确临床心血管相关疾病患者是否同时存在颈动脉粥样硬化[2]。本研究旨在观察超声诊断技术在检测心血管病患者颈动脉粥样硬化程度重的临床应用价值，现报道如下。
1 资料与方法
1.1一般资料 选取从2015年3月～2016年3月我院收治的心血管病患者共51例作为观察组，选择同期非心血管病患者45例作为对照组。观察组患者中男性34例，女性17例，平均年龄为（70.8±6.1）岁，对照组患者中男性29例，女性16例，平均年龄为（71.1±5.9）岁。观察组所有患者均符合心血管病的诊断，对照组患者排除糖尿病、高脂血症等代谢性疾病。两组患者在性别、年龄、体重指数等方面差异无统计学意义（P>0.05），具有良好的可比性。
1.2方法 受检者取平卧位，头偏向检查对侧约45°，自颈总动脉近心端开始采取先右后左的检查顺序，分别取其横切面和长轴切面，由近及远，逐渐向远心端扫查。观察左右颈总动脉、分叉处、颈内动脉、颈外动脉和椎动脉的管壁厚度-斑块及血流情况。每一指标测量2个心动周期之后取平均值。二维超声分别测量颈动脉内膜-中层厚度、斑块总积分及斑块总面积并应用超声仪器软件计算出狭窄程度。
1.3观察指标 比较两组患者的颈动脉内膜-中层厚度（IMT）、斑块总积分以及斑块总面积。
1.4统计学方法 采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析，计量资料采用t检验，计数资料采用χ2检验，以P
2 结果
由表1可见，观察组患者的IMT、斑块总积分及斑块总面积分别为（0.94±0.13）mm、（5.72±3.89）mm及（1.82±0.18）mm2，显著高于对照组患者的（0.79±0.11）mm、（1.66±2.31）mm及（0.32±0.12）mm2，勺榧洳钜煊型臣蒲б庖澹P
3 讨论
颈动脉粥样硬化反映了全身主要血管区域的总发展趋势，可通过超声无创地评估颈动脉壁的病变，所以认识颈动脉僵硬度、IMT和早期斑块的形成对于亚临床人群及高危人群以后发生冠脉事件的预测具有重要意义。颈动脉超声检查既可用于对新发现的或已确定的危险因素进行综合评价，也可用于通过临床对高危因素干预后，动态观察动脉粥样硬化的进展及消退，还适合于无症状人群的流行病学研究[3]。
颈动脉粥样硬化与心血管事件具有众多的相似危险因素，例如：①年龄：年龄是任何动脉粥样硬化重要的危险因素，随年龄增长而增加；②高脂血症：高脂血症已被公认为是动脉粥样硬化的主要危险因素，动脉粥样硬化的发展与总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和载脂蛋白S升高以及高密度脂蛋白胆固醇 、载脂蛋白A-I降低有关；③高血压是心血管疾病的一个独立的危险因素，与冠心病和颈动脉粥样硬化呈正相关。颈动脉疾病和收缩压、脉压呈正相关，目前一致认为控制升高的收缩压，能减缓颈动脉狭窄，这一点已得到证实[4]；④糖尿病：糖尿病、高血糖、高胰岛素水平、胰岛素抵抗都可以使颈动脉壁增厚，很多研究表明，糖代谢异常与动脉IMT，呈正相关，并对动脉粥样硬化的形成产生影响；⑤性别差异是动脉粥样硬化的危险因素，65岁以前的发生率女性明显低于男性。性别差异可能由于绝经前雌激素水平对早期冠心病的发生是很强的保护因素，绝经后激素改变增加了对粥样硬化病变的敏感性[5]；⑥目前研究认为吸烟是动脉粥样硬化的重要的危险因素，其潜在机制包括尼古丁对神经系统的刺激，一氧化碳替代氧分子，诱发血管壁的损伤，增加血小板的聚集度和血栓形成[6]。
观察组患者的IMT、斑块总积分及斑块总面积分别为（0.94±0.13）mm、（5.72±3.89）mm及（1.82±0.18）mm2，显著高于对照组患者的（0.79±0.11）mm、（1.66±2.31）mm及（0.32±0.12）mm2，两组间差异有统计学意义（P
综上，超声诊断技术在检测心血管病患者颈动脉粥样硬化方面有着较高的特异性和敏感性，便于更加准确的了解病程及预后，能够更好的指导临床工作，值得推广。
参考文献：
[1]邸海燕，刘巍，胡文宇.超声评价老年颈动脉粥样硬化与心血管相关疾病的关系[J].中国卫生产业，2012，（ 4）：115.
[2]杨雪华.超声评价老年颈动脉粥样硬化与心血管相关疾病的关系[J].中国老年保健医学，2013，5（2）：19-20.
[3]刘兰，黄岚.心血管危险因素对颈动脉粥样硬化的影响及超声评价的意义[J].心血管病学进展，2015，28（1）：139-142.
[4]刘芳，欧阳福珍，赵玮，等.超声技术评价老年心血管病患者颈动脉粥样硬化的临床意义[J].中国超声医学杂志，2014，20（11）：831-834.
医学超声影像学范文第5篇
关键词：医学超声图像； 液性病变； 边缘提取； Snake模型
中图分类号：TN91934文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04009804
Application of edge detection algorithms in medical ultrasonography images of discharge diseases
GAO Haijuan1, PING Ziliang1, ZHOU Suhua1, HOU Yingbin2
(1. Century College, BUPT, Beijing 102613, China; 2. Beijing United Imaging Co., Ltd, Beijing 100193, China)
Abstract： The medical ultrasound image with lesion containing liquid always show several hypoecho zones with unclear edge, like "Honeycomb". In order to extract clear edge of such images and generate further data for clinic diagnosis, several different edge detection algorithms are applied to medical ultrasound images with lesion containing liquid. Experiments shows, classic edge detection algorithms can't achieve desired image edge, whereas edge detection algorithm based on Snake model manually set edge control points, intellectually and dynamically adjusts curve shape, and finally get an excellent result, which shows high clinic application value.
Keywords： medical ultrasound image; lesion containing liquid; edge extraction; Snake model
收稿日期：20110815
基金项目：国家自然科学基金资助项目(610650040引言
鉴于医学图像可以看到人体组织的局部器官病变，所以医学成像成为疾病检查的重要手段，但由于设备、技术等原因，得到的医学图片边缘往往模糊不清，因此医学图像边缘检测是医学图像处理和分析的一个非常重要的分支［1］。目前医学成像方法主要有：X光成像、核磁共振成像、超声成像以及正电子发射断层成像，其中，超声成像从成像成本、成像时间以及对病人的伤害等方面都显示出了它的优势，本文就以医学超声图像为例，对超声诊断中常见的液性病变图像进行边缘提取算法分析。
经典的边缘检测算子利用边缘处一阶或二阶导数来检测梯度变化情况，基本的微分检测算子有Roberts算子、Sobel算子、拉普拉斯算子和Canny算子等。近年来，随着数学理论和人工智能的发展，又出现了许多新的边缘检测方法，比如基于分数阶微分法、小波变换法、Snake模型法、模糊检测法、数学形态学法、神经网络法等。这些边缘检测方法最终目的都是检测出图像的边缘信息，但在解决特定特征图像时也显现出各自的优势和不足之处。所以，如何采用合适的技术对医学图像进行边缘提取，为临床医生提供更准确的病人数据是目前研究的一个热点。
本文首先对几种边缘检测方法进行分析，然后将其应用于超声液性病变图像的边缘提取中，得出不同的提取效果，与采用改进的Snake模型边缘提取算法进行比较，实验表明，基于Snake模型的边缘提取算法边缘提取效果较好。
1边缘检测算法
边缘检测目的是要检测出图像中灰度变化的不连续区域，确定它们在图像中的精确位置，为后期的图像分析和处理提供信息，图像的边缘包含了物体形状的重要信息,主要存在于目标与目标、目标与背景、区域与区域(包括不同色彩)之间，是图像分割、纹理特征和形状特征等图像分析的重要基础［2］。图像边缘检测的实质是采用某种算法来提取出图像中对象与背景间的交界线［3］。
1.1基于一阶微分的边缘检测算法
图像中的边缘通常与图像强度或图像强度的一阶导数的不连续性有关。图像强度的不连续可分为：
(1) 阶跃不连续，即图像强度在不连续处的两边的像素灰度值有着显著的差异；
(2) 线条不连续，即图像强度突然从一个值变化到另一个值，保持一个较小的行程后又返回到原来的值。
在一维情况下，阶跃边缘同图像的一阶导数局部峰值有关。梯度是函数变化的一种度量，而一幅图像可以看作是图像强度连续函数的取样点阵列。因此，图像灰度值的显著变化可用梯度的离散逼近函数来检测［4］。
梯度是一阶导数的二维等效式，定义为向量：G(x,y)=Gx
Gy=fx
fy(1)有2个重要的性质与梯度有关：
(1) 向量G(x,y)的方向就是函数f(x,y)增大时的最大变化率方向；
(2) 梯度的幅值由下式给出：|G(x,y)|=G2x+G2y(2)在实际应用中，通常用绝对值来近似梯度幅值：|G(x,y)|=|Gx|+|Gy| (3)或：|G(x,y)|≈max(|Gx|,|Gy|)(4)由向量分析可知，梯度的方向定义为：a(x,y)=arctan(Gy/Gx)(5)数字图像中，求导数是利用差分近似微分来完成的。根据模板的大小以及权值的不同，人们提出了很多梯度算子，比如Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子都是基于一阶微分的梯度经典算子。
1.1.1Roberts算子
根据计算梯度原理，采用对角线方向相邻2像素之差得到的就是Roberts算子。Roberts算子是22模板的一阶微分算子，是一种斜向偏差分的梯度计算方法,梯度的大小代表边缘的强度,梯度的方向与边缘走向垂直，因此，Roberts梯度算子检测水平和垂直边缘的效果好，定位精度高,但容易丢失部分边缘。因为Roberts没进行平滑处理,对噪声较敏感，经常会出现孤立点。用该算子处理边缘陡峭度高且噪声小的图像效果较佳［2］。
1.1.2Sobel算子
Sobel算子是使用3×3模板的一阶微分算子，采用带权值的方法计算差分，是在Roberts算子的基础上将方向差分运算与局部平均结合起来的一种方法。Sobel算子以f(x,y)为中心的33的邻域上计算x 和y方向上的偏导数Gx ,Gy 。利用像素上、下、左、右相邻点的灰度加权算法，根据在边缘点处达到极值进行边缘检测。Sobel算子很容易在空间上实现，对噪声具有较好的平滑作用，能提供比较准确的边缘方向信息，但定位精度不高，容易产生伪边缘，其测得边缘宽度一般至少为2个像素。但由于实际中很多情形下对定位精度的要求都不是很高，因此它是一种较为常用的边缘检测算子［2］。
1.1.3Prewitt算子
Prewitt和Sobel算子都是使用3×3模板的一阶微分算子［10］，它们是在研究曲面拟合的基础上提出的。拟合是指已知某连续函数的一系列离散函数值，通过最小二乘法等准则来确定该函数中的待定系数。Prewitt和Sobel算子的2个差分模板的系数之间的区别仅在于求平均的方法不同。随后出现的Kirsch算子用不等权的8个3×3循环平均梯度算子分别与图像进行卷积,取其中的最大值输出,它可以检测各个方向上的边缘,减少了由于平均而造成的细节丢失,但同时增加了计算量。
1.2基于二阶微分的边缘检测算法
前面讨论了基于一阶微分的边缘检测，如果所求的一阶微分高于某一阈值，则确定该点为边缘点。一阶微分组成的梯度是一种矢量，不但有大小还有方向，和标量比较，数据存储量比较大。一种更好的方法就是求梯度局部最大值对应的点，并认定它们是边缘点，通过去除一阶微分中的非局部最大值，可以检测出更精确的边缘。一阶微分的局部最大值对应着二阶微分的零交叉点，这意味着在边缘点处有一阶微分的峰值，同样地，有二阶微分的零交叉点。这样，通过找图像强度的二阶微分的零交叉点就能找到边缘点。
在二维空间，对应二阶微分有两种算子：Laplace算子和Marr算子。Laplace算子也称拉氏算子，它的特点是具有旋转对称性而不具备方向性，只需要一个3×3模板。Laplace算子是对二维函数进行运算的二阶导数算子，与方向无关，对取向不敏感，因而计算量要小。根据边缘的特性，Laplace算子可以作为边缘提取算子，计算数字图像的Laplace值可以借助模板实现，但是它对噪声相当敏感，它相当于高通滤波，常会出现一些虚假边缘。由于Laplace算子存在着诸多缺陷，它一般并不直接应用于边缘检测，而是结合其它方法以提高边缘的定位精度。而Marr算子就是在Laplace算子基础上改进，由于它使用的是高斯型的Laplace模板，因此又被称作LOG算子，先对图像用Gauss函数进行平滑，然后利用Laplace算子对平滑的图像求二阶导数后得到的零交叉点作为待选边缘［5］。LOG算子就是对图像进行滤波和微分的过程，是利用旋转对称的LOG模板与图像做卷积，确定滤波器输出的零交叉位置。
1.3Canny算子
Canny算子［3］是最常用的边缘检测方法之一，是一个具有滤波、增强和检测的多阶段的优化算子。
该算法的基本过程如图1所示。
图1Canny算法流程Canny算子检测边缘的实质是求信号函数的极大值问题来判定图像边缘像素点。基本步骤为：
（1） 用高斯滤波器平滑图像；
（2） 用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；
（3） 对梯度幅值进行非极大值抑制；
（4） 用双阈值算法检测和连接边缘。Canny算子能够得到连续完整的图像，但需要注意的问题是：Gauss滤波的尺度，以及双阈值的选择。
1.4基于Snake模型的边缘检测算法
Snake模型是1987年由Kass［7］提出的，它的基本思想是以构成一定形状的控制曲线为模板（或者称为轮廓线），通过模板自身的弹性形变与图像局部特征相匹配达到调和，即某种能量函数极小化，完成对图像边缘的提取，通过对模板的进一步分析而实现图像的理解和识别。能量最小化模型已经有了很长的发展历史，Kass对其进行了改进，采用动态调整的方法来实现它，对图像的高层信息进行分析和提取而不至于受到太多低层信息的影响。通过在原始的最小化函数中加入外力因子，可以引导初始化的轮廓线朝着特定的方向前进，最后达到提取目标边界的目的［6］。
1.4.1基本Snake 模型
Kass等提出的基本Snake模型由一组控制点组成，即v(s)=(x(s),y(s)),s∈［0,1］，其中x(s)和y(s)分别表示每个控制点在图像中的坐标位置，s是以傅立叶变换形式描述边界的自变量。其对应的能量函数定义为：ESnake=∫10ESnake(v(s))ds
=∫10Eint(v(s))+Eext(v(s))ds(6)式中：Eint为曲线的内部能量；Eext为外部能量。
内部能量定义为：Eint=(α(s)|vs(s)|2+β(s)|vss(s)|2)/2(7)式中|vs(s)|为弹性能量，是曲线相对于弧长的一阶导数的模，受弹性系数的调节，控制着曲线的张力。|vss(s)|是弯曲能量，是曲线相对于弧长的二阶导数的模，受刚性系数的调节，控制曲线的变形程度。
对于普通的灰度图像I(x,y)，典型的外部能量（外部力）表达有如下2种定义： E1ext (x,y) = -|I(x,y)|2(8)
E2ext (x,y) = -|［Gσ(x,y)*I(x,y)］|2(9)式中为梯度算子，是方差为σ的二维高斯函数。在图像边缘区域，图像灰度值的梯度往往较大，取反后计算以满足能量最小的要求。
每一次迭代，曲线的变形是为了使如下的能量函数达到最小化：ESnake=∫1012［(α(s)|vs(s)|2+β(s)|vss(s)|2)］+
Eext(v(s))ds(10) 此时，能量ESnake必须满足如下Euler公式：α(s)xss+β(s)xssss+Eextx=0(11)
α(s)yss+β(s)yssss+Eexty=0(12)弹性能量和弯曲能量合称内部力，内部力用于控制轮廓线的弹性形变，选取适当的参数α(s)和β(s)将能量函数ESnake极小化，所对应的v(s)就是对物体的分割。在能量函数极小化过程中，弹性能量迅速把轮廓线压缩成一个光滑的圆，弯曲能量驱使轮廓线成为光滑曲线或直线，而外部力则使轮廓线向图像的高梯度位置靠拢，基本Snake模型就是在这3个力的联合作用下工作的。
1.4.2改进的Snake模型
基本Snake模型在应用的时候存在一些缺陷：
（1） 要求初始的轮廓线必须与目标边缘非常的接近，这是因为能量函数往往会收敛到一个非期望的局部最小值，如果初始的轮廓线离目标较远，就会使曲线变形到一个无法预计的形状；
(2) 基本Snake模型对无法捕获凹陷边界［11］。这样就限制了Snake模型应用到一些存在凹陷区域的图像上。
近年来，针对以上缺陷，许多研究不仅对Snake 模型本身的能量函数构造和求解算法作了很大改进，更在其基础上衍生出了许多新轮廓线模型，它们有些在形式上已经与基本Snake 相去甚远，而且也要复杂得多，但其指导思想却是一脉相承的。比如，Cohen提出了一种气球力理论［8］，通过使用不同尺度的外力场，增加外力场的捕捉范围，来驱动轮廓线向目标边缘逼近。Xu Chenyang提出的GVF Snake［9］将梯度矢量场(GVF)代替传统外力场，让曲线随着图像凹陷的部分而发生变形，圈出凹陷的边缘，由于GVF对轮廓线的初始位置不是非常的敏感，尤其对于二值图像，所以它可以很快的收敛到目标边缘，很好地解决了这些问题。
GVF Snake将基本Snake 的外部力用扩散方程进行处理，得到整个图像域的梯度向量场作为外部力，经过扩散方程处理后的GVF更加有序，更能体现物体边界的宏观走势。由于GVF不是一个表达式，无法用能量函数的形式求解，因此GVF Snake是利用力的平衡条件进行优化。GVF Snake 具有更大的搜索范围，对轮廓线初始位置不敏感，可以分割凹陷的边界，对梯度绝对值的大小乃至噪声具有更好的鲁棒性，而且它还不必预先知道轮廓线是要膨胀还是收缩。
本文将改进的GVF Snake模型应用于医学超声液性病变图像中，并与其他的边缘检测方法进行比较分析。
2实验结果分析
医学超声诊断出的液性病变多以囊肿为主，常见的囊肿有甲状腺囊肿、卵巢囊肿、肝囊肿等，这些超声液性病变图像灰度变化梯度不大，多见数个无回声区，呈“蜂窝状”，边界不清晰。
本文选取两幅具有代表性的肝囊肿、甲状腺囊肿超声液态病变图像，用不同的边缘检测算法对其进行处理，实验结果如图2，图3所示。
图2基于经典边缘检测算法的肝囊肿超声图像边缘提取结果图3基于Snake模型的肝囊肿超声图像边缘提取结果通过以上两组实验可以看出，由于超声液态病变图像固有特征，经典的边缘检测算法并不能清晰的勾画出液性病灶的边缘来，对包含病灶区域的扩大区域实施边缘检测算法，将得到更多冗余的边缘信息，不能得到感兴趣病灶区域的轮廓。而Snake模型却可以较好地选取特定的区域，利用算法特有的曲线变化方式，最终收拢到双侧灰度梯度变换平衡点位置，达到边缘提取的良好效果，主要原因在于：
(1) Snake模型可以人为的设定待提取边缘的主要控制点，缩小了曲线变化的范围，更加具有针对性的对特定区域进行边缘提取；
(2) Snake模型对图像灰度变化较敏感，在曲线内力和外力达到平衡的情况下，曲线可以很好的稳定在一个位置，形成平滑的连续的曲线。
图4基于经典边缘检测算法的甲状腺囊肿
超声图像的边缘提取结果图5基于Snake模型的甲状腺囊肿超声图像边缘提取结果3结语
本文应用几种不同的边缘检测算法提取医学超声液态病变图像的边缘，实验结果表明，经典边缘检测算法的提取效果不明显，而基于Snake模型的边缘提取算法由于采用动态的调整方法，提取的图像边缘完整、平滑、清晰，方便于后续的诊断性测量，具有一定的临床应用价值，因此，在临床使用的医学超声仪器中，使用类似算法提取液性病变图像边缘，将是一个应用趋势。
参考文献
