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美開發(fā)出遠(yuǎn)程核磁共振成像軟件(核磁共振成像術(shù)有哪些方面的應(yīng)用?)

醫(yī)案日記 2023-06-18 20:55:08

美開發(fā)出遠(yuǎn)程核磁共振成像軟件

美國(guó)研究人員最新開發(fā)出一種遠(yuǎn)程的核磁共振成像掃描軟件,醫(yī)生可以通過(guò)因特網(wǎng)對(duì)患者進(jìn)行遠(yuǎn)程掃描

,那些醫(yī)療條件有限的地區(qū)可以借助這種遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)為患者提供便利。

研究人員在11月號(hào)的《放射學(xué)》雜志上報(bào)告說(shuō)

,醫(yī)療掃描是病情診斷的重要工具,有些特殊的掃描
,比如核磁共振成像
、新生兒心臟掃描等對(duì)操作人員的要求很高
,必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的放射線醫(yī)師來(lái)操作
。但有些條件有限的地區(qū)
,缺乏高水平的放射線掃描專家
。加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校與“西門子醫(yī)療解決方案”公司合作開發(fā)的這種遠(yuǎn)程醫(yī)療軟件
,有效解決了這個(gè)問題
。借助這種軟件系統(tǒng)
,醫(yī)生可以登錄自己的電腦
,通過(guò)因特網(wǎng)遠(yuǎn)程操控核磁共振成像儀
,為異地的患者進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)。

研究負(fù)責(zé)人

、加州大學(xué)洛杉磯分校放射線學(xué)教授保羅?芬恩說(shuō)
,他共對(duì)30位患者進(jìn)行了遠(yuǎn)程掃描,掃描的清晰度等指標(biāo)絲毫不亞于實(shí)地掃描。芬恩認(rèn)為
,隨著因特網(wǎng)的速度及可靠性不斷提高,遠(yuǎn)程掃描技術(shù)還會(huì)不斷精益求精
,從而克服異地治療的距離障礙。

核磁共振成像術(shù)有哪些方面的應(yīng)用?

1946年

,美國(guó)哈佛大學(xué)的伯塞爾和斯坦福大學(xué)的布洛克兩名教授分別發(fā)現(xiàn)了“核磁共振”的現(xiàn)象,并為此在1952年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

這個(gè)物理現(xiàn)象一經(jīng)發(fā)現(xiàn),立即受到高度重視

,在一些領(lǐng)域里馬上得到應(yīng)用。1972年
,就有一些醫(yī)生提出了利用核磁共振的原理做醫(yī)療診斷的設(shè)想
。經(jīng)過(guò)大約10年的研究和實(shí)驗(yàn)
,此項(xiàng)技術(shù)日臻成熟
,終于,在80年代
,科學(xué)家將核磁共振原理同空間編碼技術(shù)、數(shù)學(xué)變換和電影電視影像技術(shù)結(jié)合
,發(fā)明了一種嶄新的掃描技術(shù)——核磁共振成像術(shù)(簡(jiǎn)稱MRI)。

MRI是一種比X射線成像更為優(yōu)越的技術(shù)

。它不需要通過(guò)放射線照射和掃描來(lái)形成影像,對(duì)人體更安全
,可以說(shuō)是徹底的無(wú)損傷檢查
。它的工作原理頗復(fù)雜
,讓我們簡(jiǎn)略介紹一下吧

我們知道,世上萬(wàn)物均由原子組成

,原子又是由原子核和圍著原子核旋轉(zhuǎn)的電子組成,原子核則是由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電荷的中子組成
。許多原子核的運(yùn)動(dòng)類似“自旋體”,不停地以一定的頻率自旋
,如能設(shè)法讓它進(jìn)入一個(gè)恒定的磁場(chǎng)的話,它就會(huì)沿著這磁場(chǎng)方向回旋
。這時(shí)如用特定的射頻電磁波去照射這些含有原子核的物體
,物體就會(huì)吸收電磁波的能量
,發(fā)生“共振”;當(dāng)射頻電磁波撤掉后
,吸收了能量的原子核又會(huì)把這部分能量以電磁波的形式釋放出來(lái),即發(fā)射所謂“核磁共振”信號(hào)

這種核磁共振信號(hào)攜帶著物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大量信息。對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和分析

,可以進(jìn)一步獲得此物質(zhì)的物理和化學(xué)信息,比如密度
、分布特點(diǎn)及組織的成分等。也就是說(shuō)
,可以通過(guò)核磁共振現(xiàn)象來(lái)了解物體內(nèi)部的情況。

在人體中有著大量的水

,有著許許多多氫原子,MRI就是利用人體中的氫原子
,在強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)受到脈沖的激發(fā)后
,所產(chǎn)生的核磁共振現(xiàn)象
。在共振過(guò)程中
,不同的組織器官的共振信號(hào)強(qiáng)度不同,恢復(fù)到激發(fā)前的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間也不同
,這些信息經(jīng)過(guò)電子計(jì)算機(jī)的處理后形成不同的圖像。這種圖像很清楚
,不僅可以提供人體清晰的解剖細(xì)節(jié),而且還能提供組織器官和病灶細(xì)胞內(nèi)外的物理
、化學(xué)、生物和生物化學(xué)等方面的診斷信息
,便于醫(yī)生據(jù)此作出診斷

在做MRI檢查時(shí)

,病人要拿掉身上各種帶金屬的物件
,平躺在檢查床上
,然后被徐徐送入診室,程序十分簡(jiǎn)便
。它不必使用任何造影劑
,即可顯示出血管等微細(xì)結(jié)構(gòu)
。它還可以從任何方向做切層檢查
,且成像有高度靈活性
,分辨率高
,僅在短短的一二秒鐘內(nèi)即可成像

MRI不但能夠像CT一樣提供受檢部位解剖信息的圖像,還可以為我們提供有關(guān)組織生理生化信息的專門圖像

,比CT更靈敏地分辨出正?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">;虍惓5慕M織
,為我們清楚地顯示出病變的部位
、范圍,?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">?稍诓∽兲幤鞴俚男螤?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">、功能還未出現(xiàn)明顯改變之前,就向人們發(fā)出警告
。所以它在對(duì)腫瘤的早期檢測(cè)及鑒別腫瘤的性質(zhì)上有特別大的幫助。

MRI除了可以顯示任何方向截面解剖部位的病變外

,還可以透過(guò)骨骼的屏障,獲得令人滿意的斷層圖像
,所以在臨床應(yīng)用中,MRI某些方面的功效明顯優(yōu)于CT
。可以說(shuō)
,MRI是一種比CT用途更廣泛的新型檢查儀器

1995年2月

,一個(gè)即將被執(zhí)行死刑的美國(guó)犯人
,為表示他對(duì)自己罪行的追悔和對(duì)世人的歉意
,表示愿將遺體獻(xiàn)給科學(xué)機(jī)構(gòu)作研究之用?div id="m50uktp" class="box-center"> ?茖W(xué)家在犯人被處決之前先用MRI對(duì)他的身體進(jìn)行成像掃描
,獲得許多圖像資料
。在處決后又將他的遺體冷凍后從頭到腳切成2700片不及1毫米厚的薄片,再一一照相
。科學(xué)家對(duì)這些相片與MRI獲得的斷層圖像作比較
,從中獲取所需要的信息。這2700張斷面照片現(xiàn)已由德國(guó)慕尼黑的一家電子企業(yè)加工成光盤
,它是世界上第一張?jiān)敿?xì)記錄人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像的光盤。它的問世
,不僅可為醫(yī)學(xué)院提供史無(wú)前例的詳盡的人體解剖資料
,對(duì)人們?nèi)绾芜M(jìn)一步用好、改進(jìn)包括MRI在內(nèi)的新型醫(yī)療檢查儀器
,也會(huì)有很大的作用

求有關(guān)核磁共振成像的資料

資料:核磁共振成像磁共振成像是利用原子核在磁場(chǎng)內(nèi)共振所產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)重建成像的一種成像技術(shù)



核磁共振(nuclear magnetic resonance
,NMR)是一種核物理現(xiàn)象
。早在1946年Block與Purcell就報(bào)道了這種現(xiàn)象并應(yīng)用于波譜學(xué)
。Lauterbur1973 年發(fā)表了MR成象技術(shù)
,使核磁共振不僅用于物理學(xué)和化學(xué)
。也應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
。近年來(lái)
,核磁共振成像技術(shù)發(fā)展十分迅速,已日臻成熟完善
。檢查范圍基本上覆蓋了全身各系統(tǒng),并在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用
。為了準(zhǔn)確反映其成像基礎(chǔ),避免與核素成像混淆
,現(xiàn)改稱為磁共振成象。參與MRI 成像的因素較多
,信息量大而且不同于現(xiàn)有各種影像學(xué)成像
,在診斷疾病中有很大優(yōu)越性和應(yīng)用潛力


、 MRI的成像基本原理與設(shè)備

(一)磁共振現(xiàn)象與MRI

含單數(shù)質(zhì)子的原子
,例如人體內(nèi)廣泛存在的氫原子核
,其質(zhì)子有自旋運(yùn)動(dòng)
,帶正電,產(chǎn)生磁矩
,有如一個(gè)小磁體(圖1-5-1)
。小磁體自旋軸的排列無(wú)一定規(guī)律。但如在均勻的強(qiáng)磁場(chǎng)中
,則小磁體的自旋軸將按磁場(chǎng)磁力線的方向重新排列(圖1-5-2)。在這種狀態(tài)下
,用特定頻率的射頻脈沖(radionfrequency
,RF)進(jìn)行激發(fā)
,作為小磁體的氫原子核吸收一定量的能而共振
,即發(fā)生了磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖
,則被激發(fā)的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來(lái)
,其相位和能級(jí)都恢復(fù)到激發(fā)前的狀態(tài)。這一恢復(fù)過(guò)程稱為弛豫過(guò)程(relaxationproces)
,而恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)所需的時(shí)間則稱之為弛豫時(shí)間(relaxationtime)
。有兩種弛豫時(shí)間
,一種是自旋-晶格弛豫時(shí)間(spin-lattice relaxationtime)又稱縱向弛豫時(shí)間(longitudinal relaxation time)反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時(shí)間
,也是90°射頻脈沖質(zhì)子由縱向磁化轉(zhuǎn)到橫向磁化之后再恢復(fù)到縱向磁化激發(fā)前狀態(tài)所需時(shí)間
,稱 T1
。另一種是自旋-自旋弛豫時(shí)間(spin-spin relaxation time)
,又稱橫向弛豫時(shí)間(transverse relaxation time)反映橫向磁化衰減
、喪失的過(guò)程
,也即是橫向磁化所維持的時(shí)間
,稱T2
。T2衰減是由共振質(zhì)子之間相互磁化作用所引起
,與T1不同
,它引起相位的變化。

圖1-5-2 正常情況下
,質(zhì)子處于雜亂無(wú)章的排列狀態(tài)。當(dāng)把它們放入一個(gè)強(qiáng)外磁場(chǎng)中
,就會(huì)發(fā)生改變
。它們僅在平行或反平行于外磁場(chǎng)兩個(gè)方向上排列

人體不同器官的正常組織與病理組織的T1是相對(duì)固定的,而且它們之間有一定的差別
,T2也是如此(表1-5-1a、b)
。這種組織間弛豫時(shí)間上的差別,是MRI的成像基礎(chǔ)
。有如CT時(shí),組織間吸收系數(shù)(CT值)差別是CT成像基礎(chǔ)的道理
。但MRI不像CT只有一個(gè)參數(shù)
,即吸收系數(shù)
,而是有T1
、T2和自旋核密度(P)等幾個(gè)參數(shù)
,其中T1與T2尤為重要
。因此
,獲得選定層面中各種組織的T1(或T2)值
,就可獲得該層面中包括各種組織影像的圖像


MRI的成像方法也與CT相似
。有如把檢查層面分成Nx
,Ny
,Nz……一定數(shù)量的小體積
,即體素
,用接收器收集信息
,數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)處理
,獲得每個(gè)體素的T1值(或T2值)
,進(jìn)行空間編碼
。用轉(zhuǎn)換器將每個(gè)T值轉(zhuǎn)為模擬灰度,而重建圖像


表1-5-1a 人體正常與病變組織的T1值(ms)



140~170

腦 膜 瘤

200~300



180~200

肝癌

300~450



300~340

肝血管瘤

340~370

膽汁

250~300

胰 腺 癌

275~400

血液

340~370

腎癌

400~450

脂肪

60~80

肺 膿 腫

400~500

肌肉

120~140

膀 胱 癌

200~240

表1-5-1b 正常顱腦的T1與T2值(ms)

組 織

T1

T2

胼胝體

380

80

橋 腦

445

75

延 髓

475

100

小 腦

585

90

大 腦

600

100

腦脊液

1155

145

頭 皮

235

60

骨 髓

320

80

(二)MRI設(shè)備

MRI的成像系統(tǒng)包括MR信號(hào)產(chǎn)生和數(shù)據(jù)采集與處理及圖像顯示兩部分。MR信號(hào)的產(chǎn)生是來(lái)自大孔徑
,具有三維空間編碼的MR波譜儀,而數(shù)據(jù)處理及圖像顯示部分
,則與CT掃描裝置相似


MRI設(shè)備包括磁體
、梯度線圈
、供電部分
、射頻發(fā)射器及MR信號(hào)接收器
,這些部分負(fù)責(zé)MR信號(hào)產(chǎn)生
、探測(cè)與編碼;模擬轉(zhuǎn)換器
、計(jì)算機(jī)
、磁盤與磁帶機(jī)等
,則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理
、圖像重建
、顯示與存儲(chǔ)(圖1-5-3)


磁體有常導(dǎo)型
、超導(dǎo)型和永磁型三種
,直接關(guān)系到磁場(chǎng)強(qiáng)度
、均勻度和穩(wěn)定性
,并影響MRI的圖像質(zhì)量
。因此,非常重要
。通常用磁體類型來(lái)說(shuō)明MRI設(shè)備的類型。常導(dǎo)型的線圈用銅
、鋁線繞成,磁場(chǎng)強(qiáng)度最高可達(dá)0.15~0.3T*
,超導(dǎo)型的線圈用鈮-鈦合金線繞成,磁場(chǎng)強(qiáng)度一般為0.35~2.0T
,用液氦及液氮冷卻;永磁型的磁體由用磁性物質(zhì)制成的磁磚所組成
,較重
,磁場(chǎng)強(qiáng)度偏低
,最高達(dá)0.3T


梯度線圈
,修改主磁場(chǎng)
,產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)
。其磁場(chǎng)強(qiáng)度雖只有主磁場(chǎng)的幾百分之一
。但梯度磁場(chǎng)為人體MR信號(hào)提供了空間定位的三維編碼的可能
,梯度場(chǎng)由X
、Y
、Z三個(gè)梯度磁場(chǎng)線圈組成
,并有驅(qū)動(dòng)器以便在掃描過(guò)程中快速改變磁場(chǎng)的方向與強(qiáng)度
,迅速完成三維編碼


射頻發(fā)射器與MR信號(hào)接收器為射頻系統(tǒng)
,射頻發(fā)射器是為了產(chǎn)生臨床檢查目的不同的脈沖序列,以激發(fā)人體內(nèi)氫原子核產(chǎn)生MR信號(hào)
。射頻發(fā)射器及射頻線圈很象一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)及發(fā)射天線,向人體發(fā)射脈沖
,人體內(nèi)氫原子核相當(dāng)一臺(tái)收音機(jī)接收脈沖。脈沖停止發(fā)射后
,人體氫原子核變成一個(gè)短波發(fā)射臺(tái)
,而MR信號(hào)接受器則成為一臺(tái)收音機(jī)接收MR信號(hào)。脈沖序列發(fā)射完全在計(jì)算機(jī)控制之下


MRI設(shè)備中的數(shù)據(jù)采集
、處理和圖像顯示,除圖像重建由Fourier變換代替了反投影以外
,與CT設(shè)備非常相似

、MRI檢查技術(shù)

MRI的掃描技術(shù)有別于CT掃描。不僅要橫斷面圖像
,還常要矢狀面或(和)冠狀面圖像,還需獲得T1WI和T2WI
。因此,需選擇適當(dāng)?shù)拿}沖序列和掃描參數(shù)
。常用多層面、多回波的自旋回波(spin echo
,SE)技術(shù)
。掃描時(shí)間參數(shù)有回波時(shí)間(echo time
,TE)和脈沖重復(fù)間隔時(shí)間(repetition time
,TR)
。使用短TR和短TE可得T1WI
,而用長(zhǎng)TR和長(zhǎng)TE可得T2WI
。時(shí)間以毫秒計(jì)
。依TE的長(zhǎng)短
,T2WI又可分為重
、中
、輕三種
。病變?cè)诓煌琓2WI中信號(hào)強(qiáng)度的變化
,可以幫助判斷病變的性質(zhì)
。例如
,肝血管瘤T1WI呈低信號(hào)
,在輕
、中
、重度T2WI上則呈高信號(hào)
,且隨著加重程度
,信號(hào)強(qiáng)度有遞增表現(xiàn)
,即在重T2WI上其信號(hào)特強(qiáng)
。肝細(xì)胞癌則不同
,T1WI呈稍低信號(hào),在輕
、中度T2WI呈稍高信號(hào),而重度T2WI上又略低于中度 T2WI的信號(hào)強(qiáng)度
。再結(jié)合其他臨床影像學(xué)表現(xiàn),不難將二者區(qū)分


MRI常用的SE脈沖序列
,掃描時(shí)間和成像時(shí)間均較長(zhǎng)
,因此對(duì)患者的制動(dòng)非常重要
。采用呼吸門控和(或)呼吸補(bǔ)償
、心電門控和周圍門控以及預(yù)飽和技術(shù)等
,可以減少由于呼吸運(yùn)動(dòng)及血液流動(dòng)所導(dǎo)致的呼吸偽影
、血流偽影以及腦脊液波動(dòng)偽影等的干擾
,可以改善MRI的圖像質(zhì)量。

為了克服MRI中SE脈沖序列成像速度慢
、檢查時(shí)間長(zhǎng)這一主要缺點(diǎn),近年來(lái)先后開發(fā)了梯度回波脈沖序列
、快速自旋回波脈沖序列等成像技術(shù),已取得重大成果并廣泛應(yīng)用于臨床
。此外
,還開發(fā)了指肪抑制和水抑制技術(shù),進(jìn)一步增加MRI信息


MRI另一新技術(shù)是磁共振血管造影(magnetic resonance angiography
,MRA)。血管中流動(dòng)的血液出現(xiàn)流空現(xiàn)象
。它的MR信號(hào)強(qiáng)度取決于流速,流動(dòng)快的血液常呈低信號(hào)
。因此,在流動(dòng)的血液及相鄰組織之間有顯著的對(duì)比
,從而提供了MRA的可能性
。目前已應(yīng)用于大
、中血管病變的診斷
,并在不斷改善
。MRA不需穿剌血管和注入造影劑
,有很好的應(yīng)用前景。 MRA還可用于測(cè)量血流速度和觀察其特征


MRI也可行造影增強(qiáng),即從靜脈注入能使質(zhì)子弛豫時(shí)間縮短的順磁性物質(zhì)作為造影劑
,以行 MRI造影增強(qiáng)。常用的造影劑為釓——二乙三胺五醋酸(Gadolinium-DTPA, Gd-DTRA)
。這種造影劑不能通過(guò)完整的血腦屏障
,不被胃粘膜吸收
,完全處于細(xì)胞外間隙內(nèi)以及無(wú)特殊靶器官分布
,有利于鑒別腫瘤和非腫瘤的病變
。中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRI作造影增強(qiáng)時(shí)
,癥灶增強(qiáng)與否及增強(qiáng)程度與病灶血供的多少和血腦屏障破壞的程度密切相關(guān)
,因此有利于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷


MRI還可用于拍攝電視
、電影
,主要用于心血管疾病的動(dòng)態(tài)觀察和診斷。

基于MRI對(duì)血流擴(kuò)散和灌注的研究
,可以早期發(fā)現(xiàn)腦缺血性改變
。它預(yù)示著很好的應(yīng)用前景。

帶有心臟起搏器的人需遠(yuǎn)離MRI設(shè)備
。體內(nèi)有金屬植入物
,如金屬夾,不僅影響MRI的圖像
,還可對(duì)患者造成嚴(yán)重后果,也不能進(jìn)行MRI檢查
,應(yīng)當(dāng)注意。

、MRI的臨床應(yīng)用

MRI診斷廣泛應(yīng)用于臨床
,時(shí)間雖短
,但已顯出它的優(yōu)越性。

在神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用較為成熟
。三維成像和流空效應(yīng)使病變定位診斷更為準(zhǔn)確,并可觀察病變與血管的關(guān)系
。對(duì)腦干、幕下區(qū)
、枕大孔區(qū)
、脊髓與椎間盤的顯示明顯優(yōu)于CT
。對(duì)腦脫髓鞘疾病
、多發(fā)性硬化、腦梗塞
、腦與脊髓腫瘤、血腫
、脊髓先天異常與脊髓空洞癥的診斷有較高價(jià)值。

縱隔在MRI上
,脂肪與血管形成良好對(duì)比
,易于觀察縱隔腫瘤及其與血管間的解剖關(guān)系
。對(duì)肺門淋巴結(jié)與中心型肺癌的診斷,幫助也較大


心臟大血管在MRI上因可顯示其內(nèi)腔,所以
,心臟大血管的形態(tài)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的研究可在無(wú)創(chuàng)傷的檢查中完成。

對(duì)腹部與盆部器官
,如肝、腎
、膀胱,前列腺和子宮
,頸部和乳腺
,MRI檢查也有相當(dāng)價(jià)值
。在惡性腫瘤的早期顯示
,對(duì)血管的侵犯以及腫瘤的分期方面優(yōu)于CT


骨髓在MRI上表現(xiàn)為高信號(hào)區(qū)
,侵及骨髓的病變,如腫瘤
、感染及代謝疾病,MRI上可清楚顯示
。在顯示關(guān)節(jié)內(nèi)病變及軟組織方面也有其優(yōu)勢(shì)。

MRI在顯示骨骼和胃腸方面受到限制


MRI還有望于對(duì)血流量
、生物化學(xué)和代謝功能方面進(jìn)行研究
,對(duì)惡性腫瘤的早期診斷也帶來(lái)希望


在完成MR成像的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)
,對(duì)人體健康不致帶來(lái)不良影響
,所以是一種非損傷性檢查


但是
,MRI設(shè)備昂貴,檢查費(fèi)用高
,檢查所需時(shí)間長(zhǎng)
,對(duì)某些器官和疾病的檢查還有限度,因之
,需要嚴(yán)格掌握適應(yīng)證。

現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)圖像處理軟件有哪些?

現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)圖像處理軟件:
HALCON

、VISION PRO
、NI VISION
、NI VISION BUILDER AI
、EVISION
、MATHMATICS
、OPENCV等等。
醫(yī)學(xué)圖像處理的對(duì)象是各種不同成像機(jī)理的醫(yī)學(xué)影像
。廣泛使用的醫(yī)學(xué)成像模式主要分為X射線成像 (X—CT)
,核磁共振成像 (MRI)
,核醫(yī)學(xué)成像 (NMI)和超聲波成像(UI) 這四類

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