时间：2023-03-24 15:21:23
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将微球投入溶液中，使其分布较均匀，并置于显微镜下观察，得到清晰的微球显微图像。根据我们先前的工作，通过测定微球的外径D以及其在溶液中所成像的黑环内径的d，可以根据有关理论方程来确定微球或其周边介质的折射率。因此，需要精确测定D与d。下面介绍我们用VBAI编写的程序如何实现对微球像D与d的智能自动测定。进入VBAI的InspectionState编辑窗口，可以编辑整个程序的主要过程。我们的设计是:先在“Inspect”过程中对图像进行预处理并找到物体，得到物体个数;然后在“GOON?”过程中判断检测到几个物体，是否已经检测完全部物体;随后在“Measure”过程中对当前序号的物体进行检测。进入每个过程进行具体步骤的编辑，只需双击右侧工具中的相应操作，就可以将该操作加入程序中，在属性窗口中对操作的各项参数进行设定。在“Inspection”过程中，我们首先打开图片，选中循环取图将依次获取目标文件夹中的每个图像文件。如要测量真实尺寸，则要对图像进行标定，VBAI中Calibrateimage有多种方式。通常实验室显微镜采用显微标尺进行标定，选择第一种模式，导入显微标尺的图像，标定完成后生成标定文件，检测时自动读取。
接着我们对图像进行预处理，这将打开visionassistant窗口，可对图像进行LUT变换、滤波、分割、形态学变换等多项操作，在本实例中将图像处理为适合寻找物体的二值化图像。然后对处理过的二值化图片进行DetectObjects操作，得到物体数列。SelectImage操作将原图像读入，代替处理过的二值化图像，为下一步检测做准备。SetVariable的操作是将DetectObjects操作中检测到的物体个数存入代表剩余物体数的X。“GOON?”过程中没有图像处理的具体操作，只在InspectionState编辑中有一个判断，在指向end的箭头定出编辑走向end的条件，为剩余物体数X＜1，当X≥1时将执行默认箭头，走向“Measure”过程。“Measure”过程中，首先IndexMeasurements读取之前DetectObjects中检测得到的物体数列的的第X个物体。接着，要设置程序可以根据物体的位置、大小等自动建立相应的ROI，即检测区域，由于要进行微球图像直径的检测，因此区域类型选择圆环形。然后就可以在检测区域内进行圆的直径检测了，利用FindCircularEdge操作可以很方便地做到这一点。在直径检测中，程序在检测区域内沿径向生成一系列的检测线，曲线为沿检测线方向上灰度值变化曲线的一次导数曲线，反映了灰度值的变化速率，负数部分对应图像由亮变暗，正数部分对应图像由暗变亮，极值处即变化速率最快处，也就是边缘所在位置。曲线上方的参数设定包括判断边缘的阈值，平滑算子的大小，取样宽度，每条检测线之间的间隔等。由于是根据拟合出的曲线确定边缘位置，因此可以超越像素的限制，实现亚像素等级的超分辨率精确度。
检测程序首先得到每条检测线上的边缘点位置，再根据所有边缘点拟合出圆形边界，计算出直径数值，程序中给出精确到0．01个像素的结果。结果的稳定性还要取决于拍摄环境、光照、相机稳定性等。图像中微球边缘的黑环是由于光线折射造成的，根据我们先前工作，证明其粗细与微球与溶液的折射率比值成一定比例关系。因此，程序中通过分别测量各微球的D与d，调整FindCircularEdge操作中搜寻方向、边缘种类等参数可以搜寻到内径圆和外径圆。在精确测定D与d值后，可自动根据我们先前工作导出的方程式，给出微球的折射率或是其周边介质的折射率。Calculator是界面类似LabVIEW图像化编程工具的一项功能，可以由用户自己选择输入输出量、制定复杂的运算程序等，本实例中为利用文献的方程式计算出微球的折射率。DataLogging可以选择需要记录的数据写入指定的txt或csv文件，以便后续的数据分析统计。最后SetVariable将变量X减1。VBAI应用编写完成后可作为专用的检测软件使用，处理图片时将需要分析的图像放在同一目录下，进入VBAI文件，指定该路径，点击RunInspectioninLoop，就可以自动完成所以图片的分析，并得到记录有数据的txt或csv文件。这样生成的检测程序智能、客观、准确、快速，实现了图像中微球的识别寻位、移动ROI建立、两个直径的测量、折射率计算、数据保存等操作的完全自动化运行。而且整个操作与运算排除了人为操作中的主观性因素，精度亦达到亚像素水平，平均单个微球的测量时间仅需0．20s。为了检验其测定的准确性，在对拍摄系统和环境进行标定和控制之后，选择合适的微球作为检测对象进行多次检测。同时，用以往常用的油浸法对微球折射率作对照测定，测得的折射率与本VBAI生成系统测定结果高度吻合，说明VBAI检测程序的测量准确性可重复性较高。
2应用于细胞检测
2．1背景
细胞是生物医学研究的重要对象之一，通过分析细胞的显微图像我们可以得到很多有用的信息。红细胞是人类血液中存在的主要细胞，一直是研究的热点。正常的红细胞呈双凹圆盘状，而衰老和不健康的红细胞会呈棘形、双凹消失等不规则的形态。通过观察与分析显微图像中红细胞的形态可以评价其健康程度。所以这里以红细胞为例说明如何采用VBAI编写适合于进行细胞图像分析的技术过程。
2．2方法
将红细胞悬浮于缓冲液中，置于显微镜下观察，利用数码CCD摄像头拍摄下细胞的图像。检测程序上需要先寻找到各个细胞，再对每个细胞进行检测，与微球检测的过程类似，程序总体设计上依然可以利用上节中微球的检测程序的设计，但需要根据有关图像处理分析的内容更改具体的图像处理分析操作。在图像预处理操作中需要将原始图像处理为适合物体识别的二值化图像，利用VisionAssistant，先对图像转灰度图像、适当的LUT处理，在分割处理上，由于细胞边缘处明暗对比较大，边缘锐利，因此选用基于移动窗口分割的算法可以较容易地找到边缘。通过实验比较证明，选用Backgroundcorrection分割，可综合局部和全局的灰度变化信息。分割移动窗口大小设置为边长接近细胞边缘宽度2倍的正方形最为合适。分割完成后再对二值图像进行一定的形态学变换操作，将边缘尽量变得闭合并填充孔洞。最后进行DetectObjects操。接着将对细胞形态进行分析。首先根据DetectObjects操作中所检测到的物体列表，对每个细胞进行检测区域的建立，即设置ROI。然后依然使用FindCircularEdge操作，在该操作中调整参数，使得检测线能较准确的发现边缘。该操作完成后，将输出一项名为Deviation的参数，该参数代表了细胞边缘与标准圆的标准偏差。同时该操作还可以得到细胞直径等相关的信息。将Deviation除以直径后可以得到细胞边缘与标准圆的相对标准偏差，由于健康红细胞的图像是近似圆形的，因此Deviation参数可以一定程度上反映红细胞的健康程度。将实验中拍摄到的采用不同保存格式、保存不同天数的红细胞图片归类，用VBAI程序进行分析，结果保存在csv文件中。为较健康的细胞，图像中细胞外轮廓近似圆形，Deviation/R=1．2‰;为发生了一定形变的细胞，Deviation/R=3．2‰为严重变形的棘形细胞，Deviation/R=7．3‰。随着细胞变形程度加重，细胞的相对标准偏差值也随之增加。通过软件分析的优势在于:可以客观而定量地给出每个细胞的变形程度;可以快速自动地分析大量的图片，得到大量的数据，并对数据进行后续的统计处理，具有统计学意义。除此之外，还可以获得细胞的大小信息，通过视野内细胞个数，得到细胞分布密度信息等。
3应用于图像的改善
3．1背景
某些生物医学样品的显微图像，由于各种原因，其清晰度与对比度都不能满意，对此，也可以运用VBAI的图像处理的方式对图像进行改善。下面介绍花粉孢子断层扫描图像中噪音及对比度不理想的断层图作改善的技术过程。
3．2方法
首先对整幅图像中的噪杂进行去除，通常改善的方法有空域滤波和频域滤波，两种方法都可通过VisionAssistant中的算法实现。其中空域滤波的算子较多，功能更加丰富。不仅提供了低通、高通等10多种算子、每种算子3×3，5×5，7×7三种尺寸，还可以由用户自定义算子以满足特殊需要。整幅图像改善完成后对左右对比度及清晰度不理想的花粉孢子断层图像进行增强，首先建立一覆盖中央花粉孢子像的区域，使用一可旋转的长方形区域，长方形的方向与左右像平移的方向垂直，宽度等于左右像平移的距离。接着利用Calculator操作计算图11(a)左右像的位置。输入中央像的中心点(X0，Y0)、角度α和平移距离L，则左像、右像中心点(X1，Y1)，(X2，Y2)分别为:X1=X0+L•cosαY1=Y0－L•sinαX2=X0－L•cosαY2=Y0+L•sinα以此为中心点坐标参数，长宽与角度参数使用中央区域的长宽与角度，分别建立覆盖左右像的区域，使用VisionAssistant对左右区域内的图像进行对比度、明暗度的调整增强。得到处理后的图像，三个层面的图像的对比度基本相同。利用VBAI对图像进行处理与改善，不仅功能丰富，适用性强，且操作简单，易于掌握，程序建立完成后还可以快速的对其他同类图片进行处理，大大节省了时间。
4结语
使用VBAI创建图像分析处理程序，可对各种生物医学对象进行分析和检测，可对图像进行处理与改善，其优势在于:
(1)相比起人眼观测和手动测量，本方法能够提供客观和量化的数据，可快速对大量图像进行自动分析并保存检测结果。
(2)相比起通用化的测量分析软件，本方法针对性强，针对各种特定情况和需要制定适应的程序，准确性、有效性和实用性高。
摘 要：问题意识是现在中学生非常缺乏的一项思维能力。初中数学培养学生的提问意识是新课标的要求，也是提高学生数学素养和思维能力的重要一环。为了更好地在初中数学课上培养学生的问题意识，教师应该注意学生的差异性，过程的渐进性以及问题的有效性。
关键词：初中数学；教学理论；问题意识
长期以来，课程教学相对重视问题的解决，但忽略了问题的提出。新课程改革下，这一现象有了明显改善。初中数学作为数学学习的重要环节，大力培养学生的提问意识和培养能力是提升学生综合素质和探索精神的重要方式。美国教育家肯尼斯・H・胡佛说：“整个教育的最终目标是培养学生正确提出问题和解决问题的能力。任何时候都要鼓励学生提问。”中国现代的中学教育也开始逐渐关注课堂提问的重要意义，开辟出了“探究―发现”的教学模式。本文尝试在相关资料和实践的基础上，从理论方面讨论课堂提问的相关内容，并给出一些培养提问意识的相关途径。
一、提问意识的意义
新时代下，需要培养的是能够独立思考，有自己思想和看法的创新型人才，这也是人们常说的综合素质的一个重要组成部分。而一切的思考和创新无不从一个提问的思维衍生出来，所以，培养学生的提问意识是新时代价值观和社会需求的体现。说具体一点，新课程改革在各地区、各年龄段广泛开展，要求中学生主观能动性的发挥，提倡探究式学习。这其实也是重视培养提问意识的一种体现，在探究性学习中，学生可以最大限度地发散思维，引起好奇，提出疑问，并且在不断探索中寻求答案。
从数学学科特质的方面来说，提问意识有着更加明确的意义。数学课程除了传授数学的知识之外，还要提升数学的技能，培养数学的思想。其中，关于数学的思想，包括严密的逻辑，简洁的表达等数学学科素质，也包括思维的发散、创新和质疑等。在数学课上培养学生的提问意识，有助于学生形成数学学科的专业素
养。而且，数学上的提问意识也不只限于数学上的应用，在学生的日常生活中，这种善于提问、善于思考的意识同样可以帮助他们解决很多问题，可以说，善于思考和提问，本就是独立人格应有的品格。
二、培养提问意识的相关原则
1.差异性原则
学生和学生之间是存在差异的，班级与班级之间，甚至学校与学校之间更是各有其独特的方面。所以，培养学生的提问意识要注意重视学生之间的差异性。这个差异性，一方面指的是学生能力和学习程度的高低差异，比如，有些学生理解问题快一些，有些学生可能相对较慢；或者，对于初三的学生和初一的学生，不能提出同样的要求等。这是由学生本身的能力和知识储备水平所决定的，如果不考虑这一层的差异，可能会造成各层次的学生发展不平衡。另一方面指的是每个学生之间存在的独特的思维个性，比如，有些学生对于几何方面更为敏感，有些学生可能对数字更感兴趣；或者，有些学生可能习惯在交谈中获得启发，有些学生更喜欢在实际训练中磨炼思维水平。如果不考虑这一方面的层次性，激发学生思维的教学工作可能会事倍功半，也就难以激发学生的提问兴趣。
2.渐进性原则
知识的积累是一个过程，能力的培养也是一个过程。学生提问意识的培养也同样是一个渐进的过程，不能一蹴而就。对于数学科目来说，学习的过程更是环环相扣，缺少了前面必要的积累，后面的思路就很难跟上。所以，对于学生的思维训练要由易到难，由简到繁，对于学生一开始提出的，可能还比较幼稚的问题，教师应该抱有一定耐心，不要嫌弃或者嘲笑，最初只以鼓励为主，保持学生敢于提问的信心和兴趣，随后随着学习的深入，针对不同W生的特点，有目的有方向地进行引导。而教师自身提出的激发性质的或者引导性质的问题，也应该考虑学生的接受情况，不要一上来就提出比较难的问题，学生总是回答不了，就会打击他们的学习积极性。当然，渐进性还是要强调“进”的，虽然刚开始的时候，问题设置以基础简单为主，却不能一直都保持在一个水平，否则学生的思维得不到锻炼，还是要逐步地、分阶段地增加难度，以适应学生的思维发展。
3.有效性原则
不是学生提出的所有问题都是有意义的，对于这一点，教师应该学会甄别并且合理利用。有时候在数学课上，学生的思维非常活跃，通过提出的问题可以看出他们的思维“散的太开”，很多时候已经完全偏离了教学的主线，或者问题的角度过于狭隘，有钻牛角尖的嫌疑，这些问题只会分散学生的精力，而不会对点亮思维火花有所帮助。这时候学生所提出的问题就属于无效问题。遇到这种情况，教师要不动声色把学生从偏离的路上拉回来，但不能简单制止或直接批评，以免伤害学生提问题的积极性。比如，可以开始一个新的话题，以转移学生的注意力；也可以放弃学生提问中比较偏狭的一面，而选取比较有意义的角度进行解答或者讨论。
参考文献：
Photoshop是由Adobe Systems开发和发行一款功能强大的图片处理计算机软件，目前其已广泛应用于户外平面广告设计、影楼摄影后期处理和多媒体课件制作等领域，其功能强大且操作便捷，目前已成为应用最为广泛的图片处理软件。本文就该软件在医学论文图片整合中的一些应用技巧做一简要介绍，旨在为医学工作者在论文撰写图片整合方面提供针对性的实践参考。
【关键词】Photoshop 医学论文 图片整合
1 医学论文图片整合过程中常见的问题
医学工作者在论文撰写过程中常常遇到图片的调色、图片格式的转换、像素的设置、多个单幅图片向一副图片的整合等诸多问题，由于图片处理技巧的缺失，往往造成图片处理不符合期刊的要求，延误论文撰写和发表的进度，笔者就医学期刊论文图片处理要求，就多个单幅图片向一副图片的整合（包含序号和标尺的添加）处理技巧做一针对性的介绍。
2 Photoshop在医学论文图片整合中的应用
2.1 Photoshop版本的选择
本文软件选择Photoshop cs2.0简体中文版，cs2.0版虽然是Photoshop较为早期的版本，但具有该软件最基本和最常用的功能，cs2.0中文版的优势是软件本身只有数百兆，占用内存小，删减了不常用的功能，对计算机配置要求较低，且已被汉化便于操作使用，完全能满足对医学论文图片处理的要求。
2.2 多个单幅图片向一副图片的整合
本文以四副单个图片整合为一副图片为例，在软件中依次将四副单个图片打开，任选一幅图片点击菜单栏图像-图像大小，并记录图片的宽度、高度及分辨率；空白背景图层构建：点击菜单栏文件-新建，参数设置：高度和宽度设置约为单幅图片的二倍多一些（空白图片上放置四幅图片），像素设置与单幅图像素一致（图1）；四幅图片移动至空白图层：选择工具栏移动工具，依次拖动四幅图片至空白图层，形成一个多图层图片，同时关闭原四副图片，在活动图层面板分别点击“图层1-4”文字给每张图片针对性命名；图片的排版：以四副图片平排各两张为例，使用工具栏移动工具分别移动各张图片至大置，在软件上、下刻度线上拖动形成交叉参照线用于精确定位（参照线不会被保存至图片），图片与图片间的距离根据期刊要求参照刻度线确定，操作同时可使用放大镜功能放大图层，使用键盘上下左右进行微量精准调节（图2）。
2.3 图片序号和标尺的添加
序号的添加：点击图层面板下部“创建新图层”，选择新图层，点击“排版文字工具”并选择字体和字体大小，在空白图层上依次键入ABCD，并分别拖动文字至图片右下角，可使用参照线进行准确定位；标尺的添加：标尺是医学论文表示图中显微结构大小的参照线，新建空白图层并双击文字重新命名“标尺”，选择“标尺”图层，点击选择“矩形选框工具”，在标尺图层中建立矩形空白选取，然后点击菜单栏编辑-填充，颜色使用黑色（可根据需要变换颜色），Ctrl+D取消选区，快捷键Ctrl+T可通过控制滑块调节标尺的长度和宽度。
2.4 图片的保存
图片保存常用格式有三种：JPEG、TIFF和PSD，三种格式各有特点。JPEG格式压缩量较大，图片数据容量较小，为常用格式，TIFF格式压缩量小，图片数据容量较大，但图片显示细节较好。PSD格式是多个图层并存能够被Phtoshop识别的一种图片格式，严格来说并不是图片，但它能保存图片的图层原始状态，其优势是为图片的修改做了备份储备。
3 结语
Photoshop软件功能强大使用方便，在各个领域应用十分广泛，医学领域尤其是医学形态学领域使用最为常见，熟练掌握该软件的操作技巧在医学工作者图片处理过程中能起到事半功倍的效果。本文除了以文字形式介绍外还制作了相关操作屏幕录像视频供交流学习（https：///cknZu4Xy9Dk9w 访问密码 d954），旨在为医学工作者论文图片处理提供一些基础性操作帮助。
（通讯作者：李明）
参考文献
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[5]张屹，黄欣，谢浩泉，等.交互式微视频教学资源的研发与应用――以“教育技术学研究方法”为例[J].电化教育研究，2013（05）：48-54.
作者简介
高欣（1977-），女，山西省吕梁市人。现为长治医学院讲师，主要从事计算机基础教育。研究方向为计算机技术在医学教育中的应用研究。
一、计算机化病历
计算机化病历是医学信息学的一个重要研究方向。它是指存在一个系统中的电子病历，这个系统可支持使用者获得完整、准确的资料；提示和警示医疗人员；给予临床决策服务；连接管理、书刊目录、临床基础知识以及其他设备[2]。电子病历的优点如下：完整的电子病历存储系统支持多个用户同时查看，保证个人医疗信息的共享与交流。通过网络，医师可以在家中或在世界任何一个角落随时获得患者的电子病历。同时可根据不同的用户给予不同的资料查询权限，从而保证了病历的安全性。授权用户在适当时间才能查看合适的病历。
此外，电子病历不再是一个被动的医疗记录。论文通过与图像信息的整合，可提供实时医疗监控，药物剂量查询等多种功能。电子病历已成为新兴信息技术和信息工具的基础。
电子病历目前可大致分为单机电子病历和网上电子病历两种。网上电子病历的优点是采用了ASP服务器提供全球，安全性与数据完整性则由ASP供应商解决；缺点则是数据不在医师所工作的计算机上。
虽然医疗界投入巨资，电子病历仍存在许多问题亟待解决[3]。首先，病历数据的输入界面仍不够简单；其次，电子病历需要统一的医学用语标准。目前，美国国家医学图书馆已制定出统一医学用语系统(unifiedmedicallanguagesystem，UMLS)，这一系统包含了近一百万个术语描述医学概念。一旦该系统得以推广，将极大地促进全球医学用语的标准化。
二、医学信息系统
医学信息系统与其他工业系统有很大的不同。毕业论文不同的部门对信息的要求不同，这是对医学信息系统最大的挑战。例如，信息系统用户可分为基本用户和二级用户，基本用户包括医师和其他护理人员；二级用户则包括医疗保险公司、政府医疗保险机构等。不同用户需要的信息不同，导致信息管理的复杂性。同时，如何有效地利用不同的信息系统解决不同的医疗管理也日益成为人们重视的课题。
信息系统包括实验测试系统、医疗设备订购与维护系统及影像图片存储与交换系统等，存储于不同的计算机和不同的信息网络中。对于特定的用户来说，前端界面可能有所不同，但是后端数据必须是一体化和标准化的。
医学信息系统包括企业资源规划系统(ERP)、患者关系管理系统(patientrelationshipmanage—ment，PRM)、数据挖掘及决策支持系统等|4J。ERP技术在商业领域取得巨大成功，近年来，其在医疗机构中也得到广泛应用。其特点是将企业信息整合为一体(整合的数据库)，所以各系统都提供一致的数据。一次输入，多次使用，有效地降低了输入费用，并保证各系统得到完整、实时、一致的数据。其次，ERP系统可用来决策医疗设备订购、管理和维护，例如通过一个整合的数据库，根据病床的使用率，ERP系统可自动选择最合适的时间对医疗设备进行维护。PRM是侧重于患者需求的信息管理系统。PRM记录患者生活习惯、个人病史、家庭病史以及过敏反应等，医院从而可提供更加个性化的医疗服务。同时通过PRM，患者也可向医院询问医疗方案。数据挖掘技术在医疗管理上也日益重要，这种技术的主要优点是降低成本，为医师提供最有价值的信息，从而提高医疗诊断的质量。Bresnahan[5]指出，上千种的服务、多种治疗方案以及相互关系使信息系统越来越复杂，而这种复杂性推动了数据挖掘技术在医疗上的使用，已远远超过其在银行业和零售业的应用范围。
三、医疗决策系统
医学实践最重要的是作出正确的医疗诊断，因此医学信息学将研究重点也放在决策系统上。硕士论文决策系统不仅需要先进的信息科学技术和工具，而且需要理解医师如何利用推理知识作出医疗判断。
当前决策系统主要基于两种方法论：着重于统计分析的定量分析法，以及侧重于逻辑推理的专家系统法。定量分析法产生于上世纪50和60年代，主要用于解决心脏疾病和异常疼痛等临床问题。早期系统以概率决策理论为解决问题的依据。最新的此类系统以美国Stanford大学PANDA项目最为著名[6]。PANDA项目使用了决策分析技术，主要应用于胎儿期诊断，根据概率分析方法对胎儿期中的问题作出最有利于患者的选择。专家系统法以逻辑推理为解决问题的核心。最著名的第一代专家系统是MYCIN系统[7]。此系统主要用于对多种传染病的诊断和治疗，其中的医学知识不是包含于工具中，而是存储在规则中。第二代专家系统则以Asgaard系统最为成功[8]。系统大大扩展了MYCIN的功能，并补充了一系列的推理方法，其中包含了所有相关领域中的复杂知识。通过与数据库的连接，系统可自动提取带有时间标志的数据，而这种功能则使系统可针对某个患者作出特定阶段最适合的治疗方式。另外通过反溯法可比较不同的医疗护理，并作出相应的质量报告。
四、影像信息学技术
自上世纪70年代中期，以计算机为基础的医学影像学随着数学、生物物理学和工程模型学蓬勃发展起来。但是由于各类学术会议侧重于影像，而忽视了信息学，导致医学影像信息学科发展缓慢。
直到近年，界面友好的医学影像数据库与二维、三维结构及可视化的结合将医学影像信息学带入了一个崭新的时代。开始于1990年的“可视人”项目提供了大量的人体模拟图像，这一技术的广泛应用带动了各类解剖学教育软件的开发，更为重要的是引发了关于模型、摸拟及大型数字化图像搜索等一系列的信息学问题。同一时间开始的“人类大脑”项目则直接导致了大量关于大脑数据图谱登记、分ShanghaiMedJ，2004，VoI27，No9区等课题的开展。新的信息学、生物计量学、计算图像学的结合，使人们重新认识到影像信息与模拟学的重要性。
现代影像信息学研究的重点包括图像传递标准、传递规则、医学术语、信息压缩、图像数据库索引及图像病例传递安全等。从“虚拟细胞”[9]到“虚拟人”[10]，当前影像信息学从分子水平、细胞水平、组织水平到个体都得到广泛的应用。然而，医学信息学面临着更多亟待解决的现实问题。影像信息的完整化需要更深层的科学、技术和医疗实践的结合，包括对二维和三维图像自动分区与注册的新技术；数据抽象与概括；图像数据库中生物多样性来解释群体图像数据和表现型与基因型之间的关系；开发医学信息数据注释语言整合高级图像系统和医院信息系统等。
五、远程医疗与互联网
随着宽带网进入千家万户，远距离传递诊断和患者管理信息成为可能，远程医疗成为新的研究热点。通过网络电视和无线技术，使医师及患者能随时传递相应的医学相关信息，从而为远程医疗开创了更为广阔的应用前景。然而远程医疗昂贵的医疗费用使其现阶段只限于特定的人群。
互联网的出现提供了图片和文字传输的介质，而且为医疗机构提供了海量的信息数据。英语论文在互联网的帮助下，医师不仅可以全球共享医学资源，而且可以针对某一特殊病例进行广泛的交流。例如，美国国家医学图书馆提供医药在线(MEDLINE)数据库，其成员可查看、打印各类文献资料；医学网(CLINICWEB)则提供所有临床信息的索引，是医学界常用的搜索引擎。同时互联网的发展为一些身患相同病症人群的相互交流提供了可能，此类患者交流组织的形成有利于自我寻找最合适的治疗。
六、数据标准的重要性
电子病历和病案的大量应用、医疗设备和仪器的数字化，使得医院数据库的信息容量不断地膨胀。然而简单存储信息只是数据库的低端操作，数据的集成和分析以及医学决策和知识的自动获取才是信息学研究的重点。要对数据进行加工和分析，数据必须以特定的结构方式来存储。数据结构允许计算机轻易地传递符号和像素，并大大提高信息处理的速度。然而，这种数据结构不是仅由输入来决定的，医护人员必须有一约定俗成的数据标准，并为社会所公认。这一数据标准明确了数据库中存储的特殊符号所具有的涵义。其作用正如字典一样，起到咨询和定义的功能。数据标准又可分为文字标准和信息标准。
文字标准是指标准必须以文字形式表示，而不能以图像形式表达，国际上称为医疗数据系统，它包括一系列有特定涵义的单词。意识到标准的重要性，越来越多的医学和信息组织参与到此标准的制订中来。其中最著名的为美国病理协会制订的人类与兽类医学系统术语标准SNOMED和英国健康中心制订的医学系统术语标准ReadCodes。
信息标准则同时定义文字和图像数据。当今最通用的信息标准称为HL7(HealthLevelSeven)，也可称为标准卫生信息传输协议，其中又包括医学数字化图像和传递标准(DICOM)。HL7标准确定了数据库系统中信息传递的顺序和格式，涵盖了实验测试术语、药品设备采购术语、收费术语、出院转院术语及电子监护术语等，并提供了一种类似于数据库的结构，利于患者信息在电子病历系统、实验室系统等多种数据系统中传递。
DICOM可明确图像在数据流传递过程中压缩和加密的格式，并确定CT图像或B超图像在数据库中存储的方式。
七、结语
医学信息学是计算机技术、生物物理学、统计学等与现代医疗结合的新兴学科，也是提高医疗服务质量、医院管理水平和降低成本的必然结果。这一学科需要多领域科研人员和医务工作者的大力合作。可以预见，不久的将来医学信息学将在医院管理、教学和科研、疾病的预防、诊断和治疗等方面发挥巨大和不可替代的作用，并将带动整个医学界的革新。
参考文献
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关键词： 法学基础理论教育 法律认知科学 实验 教学步骤
法学基础理论教育是法学教育的基石，由于其所涉及的理论问题众多，与其他人文社会学科的交叉较多；长期以来，深受哲学、政治学、社会学和历史学的影响；最近一二十年又受到了经济学的重大影响，因此，传统法学教育以讲授、探讨为主，后来受到社会科学的影响，加入了社会调查和经济分析演算的模式。但是，法学教育与自然科学存在一定交叉，也能进行一些实验课程，典型就是犯罪学、侦查学方面的实验研究。在法律心理学方面，不仅能够进行法律心理学的社会研究，还能够进行生理、心理学方面的实验研究，典型的就是从事“法律与认知科学”交叉问题的实验研究。本文以“法律认知科学”（法律认知心理）实验为例，对法律实验问题进行探讨。
法律属于社会科学，作为法律基本理论的法哲学问题则既属于社会科学问题，又属于哲学问题。所以，法哲学属于人文社会科学。法律认知科学是指运用认知科学的一些理论和方法对法哲学的基本问题进行研究；法律认知科学是运用自然科学的方法研究人文社科的法哲学问题，其属于人文社会科学与自然科学的衔接。
与传统的法哲学讲授、讨论的方法不同，法律认知科学也可以采用实验的教学研究方法。但是，法律认知科学实验与自然科学（医学和生物学）实验有本质区别。一般的医学和生物学实验是研究生命体的生理状况和病变的医治问题，而法律认知科学的实验则是运用医学或生物学的手段，研究法律决策中生理心理过程，研究人文社科问题的生理基础。
法律认知科学实验的教学步骤如下。
一、实验之前的课程讲授
1.相关法哲学理论的讲授。法哲学理论的讲授，主要是介绍现有的一些法哲学流派和主要的法哲学观点争议，这为日后提出问题奠定了基础。法律认知科学的实验设计主要是运用生理实验解决法哲学问题或者部门法的主要问题，所以人文社科问题是实验的目的之所在。很多法律认知科学的生理实验流程大同小异，运用的设备相差无几，但是其所解决的法哲学问题却大相径庭，所以，相关的法哲学理论的基础必须夯实，否则实验就是无的放矢。
为了进行“法律认知科学”的实验，就必须让学生选修“法哲学”、“西方法律思想史”和各个部分法的法哲学课程（如“民法哲学”、“刑法哲学”、“诉讼法基础理论”等课程）。为此，我们开设了“西方法理学”和“法哲学”等课程。通过相关法哲学课程的讲授，并组织学生对部分重点问题、争议问题进行详细分析，提炼出核心争议之所在，由此设想日后可以进行实验的粗略方案。这一点也是体现“认知研究”与“治疗研究”之间的区别，体现我们研究的人文社科的目的指向（而非一般的自然科学或医学意义）。此外，我们还为法学硕士生开设了“神经元法学”和“法律认知科学”等课程，对此类问题的探讨更为专业、细致。
2.联系医院的医生前来讲课。由于课程具有跨学科性质，这种课程需要其他学科的知识。而本学科的教师虽然具有一定的跨学科知识背景，但毕竟其主导学科还是法学或法理学，在其他学科方面的学识显然不如这个领域的专家。所以，邀请其他学科的教师或研究人员前来授课就显得很有必要。而对于法律心理实验课程而言，这方面主要是请医院的医生前来上课。这里包含了以下三类，一类是神经科专业的医生，其为我们讲解脑神经系统的相关知识。部分高学历的医生由于拥有系统的硕士、博士乃至博士后的教育和科研知识，甚至还可能从事过“认知”领域的生理研究，就能够从“生理心理学”的“认知”角度为我们讲解实验设计的方案、流程等对实验特别有意义的问题。
3.带领学生前往实验室参观。由于法学专业学生对工科和医科的实验室一般都比较陌生，如果他们对医疗设备或者医学实验室没有相关的认识，就不可能设计出好的实验方案，因此，非常有必要让他们参观实验室或者医疗设备。在参观的过程中，由医务和实验人员进行相关知识的讲解，其中包括仪器、操作流程和仪器软件的介绍。老师和学生甚至可以进一步接触机器，如进入密封的磁共振室，躺入磁共振仪器内模拟作为实验的受试者。这样，他们能够亲身体会到躺在仪器内接受检查或实验者的境况，设计出更加切实可行的实验方案。
从事“法律认知科学”实验的仪器设备与“医学治疗和检查”的实验设备虽然相同，但是依旧存在一些差别。如磁共振机器，一般医学治疗目的进行的检查往往只需要运用“1.5T”级别的机器；虽然这种级别的机器也能运用于“法律认知科学”实验，但是相关实验对仪器的要求往往更高，通常要求是“3.0T”级，此级别仪器在普通医学检查中的运用就比较少；认知科学实验的磁共振仪器甚至使用到高达“12T”级别。
二、带领学生进行实验工作
1.通读实验报告。法律认知科学相关的实验论文很多，必须进行大范围的选题筛选。粗略筛选之后的论文，由任课教师组织学生进行研读。研读的目的有两个，一是看看研究现状，知道他人的研究进程、重点、热点和难点。通过这些研读，我们就能够根据现有的研究进度，选择尚未研究（发表的）而又可能比较重要的一些问题，这些问题就是日后实验选题的大致范围。
二是参考他们的研究手段、流程，对他们的研究方法进行借鉴。现在发表的论文，一般都会大致介绍实验的流程。然而，学术论文毕竟不是实验报告，其更多侧重于问题的提出、解决和分析，流程的介绍往往比较粗糙。当然，部分学术论文也有比较详细的实验流程，对此类论文的仔细研习，就能对实验设计产生比较大的影响。①
2.对主题进行社会科学的探讨。在进行文献研读的基础上，我们能够得出大致的可能的研究“主题”，这时返回法律社会科学领域，以法哲学的视角重新进行审阅，才能更好地获得“生理心理学”和“人文社会科学”之间的自然衔接。在生理自然科学领域可能可以从事实验研究的“主题”，还必须获得“法哲学”、“法社会科学”上的意义。因为，有的问题虽然在自然科学上具有很大的研究价值，然而从人文社会科学的角度看，其意义可能就会大打折扣（或者意义就不那么直接）。此类论文的价值更多是在“治疗性”而非“认知性”。很多人文社会科学（法哲学）的问题虽然意义重大，但从自然科学（生理心理学）的角度看，在现阶段却还缺乏研究该问题的“方法”和“设备”。所以，必须获得二者的协调和平衡。
主题的选定是法律认知科学实验的第一个难点。这个难点意指“我们要解决什么主题”，其既涉及“什么主题十分重要”，又指“对该主题的研究到什么程度”，还指“现在已经具备研究该主题的手段或方法”。
3.组织实验设计。从法律认知科学实验的角度看，组织实验设计的第一步是设计实验方案，这是最重要的一步。设计何种方案、设计何种场景、设计何种问题，以及何种音像、问卷材料，都关系到实验结果的真实与否。这也是法律认知科学实验的第二个难点。我们要设计出一些“场景”或者“问题”，让受试者在这种环境下能更真实地思考或者表达情绪，从而得出比较真实的实验结果。
西方国家在以往的研究中，存在比较巧妙的实验设计，例如对于道德中不公正问题的容忍情况，研究者在最后通牒实验中，部分受试者拒绝接受不公平的分配方案，这是其情绪化的表现。该实验设计如下②：19名（方案接受者，“responder”）接受磁共振扫描，共进行了30轮游戏，对手（方案的提出者，“offer”）部分是人，部分是计算机。每次都涉及10美元的瓜分。对手所提出的方案中，一半是公平的（对半开），剩下的为2次“9比1”，2次“8比2”，1次“7比3”；在这些方案中，方案提出者的分配比例较大，而接受者的比例较小。结果是，对于公平的方案，方案接受者都接受了；越不公平的方案，则参与者的接受率越低，“7比3方案”至“对半开方案”的所有方案（即“5∶ 5”，“6∶ 4”，“7∶ 3”）都被接受了。在“9比1”和“8比2”两种方案中，如果“方案提出者是人”，则其方案的接受率低于“方案的提出者是计算机”。这就意味着方案接受者对于不公平方案存有情感性反应。这种不公平引发的脑区为：两侧前脑岛（bilateral anterior insula）、背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）、前扣带回（anterior cingulate cortex）。这证明了两侧前脑岛（bilateral anterior insula）厌恶不公平，作为负面情感的脑区，其反映出了对于不公平方案的厌恶。诸如此类实验设计非常巧妙，就能够为我们进行相关实验提供设计上的参考或模仿。
4.进行预实验。在实验设计之后，有必要进行预实验，检验实验的可实施程度。这种预实验，可以提升实验者的信心，也可以作为申请相关课题的依据。更为重要的是，预实验还可以检测实验的可行性，对可能出现的问题或缺陷进行适当的修正。
在预实验之后，还必须进行志愿者的招募和筛选。
三、实验操作
实验操作是实验的核心状态。法律认知科学的实验流程具有自己的特殊性，其与医学实验相比通常更简单。其运用的仪器设备有核磁共振（FMRI）、眼动仪和脑电图等，其中核磁共振最为典型。该仪器不仅运用于医学治疗和研究，现在还广泛运用于认知科学的各类研究。核磁共振运用于法律认知科学的研究，主要优点在于其定位非常准确（虽然时间上稍有迟滞）。
由于实验的磁共振仪器操作是高度专业化工作（而且机器极为昂贵），只能由专业的实验技术人员进行操作，因此法学教师和学生不能从事，在此不做详细介绍。
四、实验之后的分析总结
实验之后的分析总结属于实验的后期工作，主要是数据、图像分析，以及人文社会科学分析总结。
1.数据、图像分析。数据分析具有客观性，需要专业的实验工作人员进行数据和图像的分析。法律认知科学实验主要运用核磁共振仪器，对于脑区图像的要求比较高，还需要比较好的核磁共振配套分析软件，对此进行精细的分析。此类软件一般只有磁共振专业技术人员才会使用，由他们进行相关数据图像分析比较科学。如果涉及大量的数据分析和必须建立数据模型，则还需要数学专业人士进行相关的工作。
此外，除了实验工作人员和数学人才外，还需要神经科专业医师或者认知神经学专家对此类数据和图像进行“认知神经心理”方面的分析。这种分析就是我们后期进行人文社会分析和理论化的基础。
2.进行相关的人文社会科学分析总结。与前一步工作的科学性和客观性相比，对实验结果进行人文社会科学的分析总结则具有一定的主观性质。我们需要从已有的数据和图像，根据我们需要解决的人文社科（法哲学）主题进行解读。这种解读是人文社科的解读，是运用实验数据和图像得出人文社科的结论。所以，一定的主观性是原有的实验设计思路和人文社科理论基础的延续。现有实验的理论分析，如道德的情感性实验，就需要根据道德哲学理论进行分析；“先天犯罪人”问题的实验，这就需要根据刑法哲学理论进行相关探讨。
五、注意事项
1.“主题的选定”、“实验设计”和“理论性总结”这三点是整个流程的重中之重。这三点工作如果没有做好，整个实验就是失败的实验。这三点如果做好了，实验获得成功的概率就非常大。
2.法律认知科学的实验需要人文社会科学（法律基础理论）和医学两个大领域（两大领域内还有各个小专业）的工作者进行跨学科的合作，尤其需要强烈的团队合作精神。因为随着知识分工越来越精细，知识总量的迅速膨胀，此类合作需要跨越多个传统学科。一方面，我们跨越的知识领域非常大，另一方面，在各种细微领域却依旧要求保持原有的严谨性（否则就违背科学的客观性）。所以，很难有一个人在多个领域内同时保有各个领域的专业技术水平。因此，为了在多个学科领域内的合作能够维系原有各个学科的严密性，我们只能求助于多学科专业人士之间的合作。这是完成此类工作的最佳模式，所以我们必须组建紧密团结的团队。
注释：
①在认知科学领域，例如以下论文：M.R.DELGADO,H.M.LOCKE,V.A.STENGER,J.A.FIEZ.Dorsal striatum responses to reward and punishment:Effects of valence and magnitude manipulations.Cognitive,Affective& Behavioral Neuroscience，2003，3（1）：27-38.
②Fiery Cushman,Liane Young,Marc Hauser.The Role of Conscious Reasoning and Intuition in Moral Judgment.PSYCHOLOGICAL SCIENCE，2006，（17）：1082-1089.
博观而约取厚积而薄发
自2002年于暨南大学攻读硕士学位起，杨荣骞选择现代医疗仪器作为研究方向，不仅在电子信息、计算机应用与仪器仪表的理论和设计方面打下坚实的基础，而且扩展了基础医学知识，紧密结合临床对医学仪器的需求，负责企业规划的多项医疗器械新产品的研发，完成了妇产康复治疗仪、LEEP手术系统等5个产品的研制。
在上海交通大学攻读博士学位期间，他师从中国无创医学领域开拓者之一陈亚珠院士从事肿瘤物理治疗领域的研究。深入研究实时温度测量的理论和技术，提出了基于结构光的三维红外成像方法，在结构光系统标定、三维表面数据快速重建等方面取得了创新性成果。发表SCI论文4篇、EI论文3篇，获国家发明专利授权1项。
进入华南理工大学生物医学工程系任职后，杨荣骞组建和带领由青年教师、博士生和硕士生组成的科研小组，开展以手术导航、心功能评价和放射治疗等为特色方向的理论与应用研究，主持承担国家自然科学基金及省、市级科技项目多项。提出基于配准的四维心脏图像全自动分割、精确近红外摄像机标定、标记点自动提取与立体匹配等新方法，设计高精度近红外光学定位系统，完成了手术工具的标定、跟踪定位等算法。发表学术论文25篇，其中SCI论文3篇、EI论文7篇；申请国家发明专利6项，其中授权1项；获软件版权1项。
紧跟前沿科技结合临床应用
随着生活水平提高和生活方式变化，人类预期寿命在延长，但心血管疾病发病率和死亡率也在不断上升，对国民健康形成巨大威胁。心血管疾病的早期诊断和预防已成为全球关注的重大问题。在心脏医学影像领域，常见的有MRI、SPECT、CT、US等，基于不同图像来源可重建出不同精度的模型。近年出现的双源CT（DSCT），为采集清晰动态的心脏图像提供了可靠的影像学保障，可实现在无需使用β-受体阻滞剂和不受心率影响的情况下对心脏病患者进行成像。CUDA（computeuni fieddevicear chitecture）是建立在图形处理单元（graphic proces singunit，GPU）基础之上的通用计算开发平台，通过它可以将GPU视为一个并行数据计算的设备。利用DSCT提供的良好的心脏断层图像，结合GPU并行计算能力，为可视化心脏辅助诊断系统的研究提供了良好的医学影像学和计算机基础。
紧跟这项前沿科技，杨荣骞主持完成了“基于GPU的心脏DSCT系列图像精确分割技术及三维可视化研究”（中央高校基金面上项目），采用基于模板的配准技术实现创新的四维心脏图像的全自动分割，不仅大大减少了医生半自动分割图像的时间，而且提高了分割精度。通过与广州总医院放射科密切合作，还获得了冠脉灌注测评和动态心功能评价方法等相关研究的新成果。将进一步结合临床影像数据和医学专家知识，构建符合国人特征的具有临床应用价值的辅助诊断和评价模型。
在肿瘤开颅手术前，须先进行手术入路规划。目前，神经外科医生一般是根据影像学提供的病灶信息，结合自己的经验，采用定性的方法设计勾画开颅部位。由于对肿瘤的形态、尺寸及空间位置不能精确量化，往往造成较大切口引起更大损伤，也可能因反复探查而拖延术前计划时间。依靠经验定性方式的入路规划也不利于术中脑功能区保护和有效完全切除肿瘤。如果采用立体定向头架或神经外科导航系统，则能精确定位脑部肿瘤，且正确引导手术入路的方向和深度，但费用昂贵、操作繁琐，难于在医院普及。
为克服人工经验方法的不足，提高定位精确度，减小手术损伤，保障手术的有效性和安全性，杨荣骞团队成功研究一种不依赖昂贵设备，且操作简便，易于掌握的辅助肿瘤开颅手术入路规划方法和软件，基于术前检查获取的医学影像数据，确定肿瘤病灶的三维形态和空间位置，对肿瘤、头皮表面和设定标志点进行三维可视化重建。在这个虚拟半透明可视化模型中可直观地看到肿瘤在头皮的投影，人机界面能够辅助医生进行手术入路规划设计，以实际尺寸等比例打印方式输出规划结果。该项技术与广州总医院神经外科合作研发，并得到临床试用60多例，明显比人工经验方法提高了定位精确度，减小了开颅创口，缩短了入路规划时间。该成果的进一步研究发展，将结合生物力学机理研究有效抑制开颅后脑漂移对肿瘤定位的影响，把电刺激获取的脑功能区位置映射到MRI影像中为医生提供更丰富的信息规划手术路径。
致力导航技术延伸医生视觉
手术导航为微创手术提供了重要的辅助手段，从一开始就在神经外科中得到应用和大力发展，特别是对颅脑肿瘤手术治疗而言，实现了手术医生的视觉延伸。通过术前计划和虚拟导航辅助制定详尽的手术计划，指导术中精确定位，对提高手术精确度，保障手术安全有效，提高手术效率发挥了极大作用。手术导航是现代医学影像、双目视觉、虚拟可视化、立体定向等技术与计算机应用技术有机结合构成的医疗仪器系统，目前的手术导航产品最成熟的技术主要是在术中导航精确定位部分，已经可以达到较高的跟踪定位精度。关于术前计划部分，主要是虚拟手术研究领域的相关进展，在CT、MRI图像融合技术及应用软件方面取得较好成果，但是还未有机地融入到手术导航系统中。此外，手术导航的术后评估方法已经逐渐进入研究关注范围，但现有进展不够深入，基本未形成示范性有价值的指导。
鉴于导航技术在现代医疗设备中的重要地位和面对关键技术难点提出的挑战，杨荣骞主持承担了“高精度近红外光学导航技术”（中央高校基金重点项目）和“手术导航中高精度大视场光学定位技术研究”（国家自然科学基金项目）。由于光学定位技术具有定位精度高，使用灵活，基础技术较成熟等优势，且得到广泛的应用，因而选择光学定位技术构建系统并深入开展导航技术研究。仔细分析了目前光学定位技术存在的两个主要缺点：一是光学成像设备受摄像机有效视场限制，使得手术必须在摄像机的有效视场范围内完成；二是手术中光线容易被阻挡。医生只能调整成像设备或者手术工具到合理的位置来完成定位，给实际使用带来了很大的不便。杨荣骞提出创新的能够自动跟踪手术工具的大视场高精度近红外光学定位技术，达到克服上述缺陷的目的。每个摄像机的内外部参数都通过光学测量精确标定，实现了多件手术工具高精度定位和实时跟踪。基于FPGA（现场可编程门阵列）新设计了一种近红外光学定位单元，实现多摄像机的动态图像信号同步采集，很好地消除了由于图像采集不同步而产生的抖动现象。
英文名称：Chinese Journal of Stereology and Image Analysis
主管单位：中国科学技术协会
主办单位：中国体视学学会
出版周期：季刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1007-1482
国内刊号：11-3739/R
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发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1996
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【关键词】 DR医学图像;变换域;局部增强;直方图均衡;Retinex
Abstract：In order to enhance the image contrast as well as to represent the image details， we propose a new multi-scale contrast enhancement algorithm which separates the low frequency signals and the high frequency signals of the image in logarithmic domain， processes them separately by using HE method and local contrast enhancement. This method integrates HE and local contrast enhancement and finally produces a visually comfortable result image.
Key words：Medical image;Ttransform domain; Local enhancement;Histogram equalization; Retinex
1 引 言
数字X线摄影(DR)图像在医学诊断中有着广泛应用，能够帮助医生发现病灶、提高诊断正确率。但由于人体结构和组织的复杂性，以及数字X线成像系统中X线散射、电器噪声、光量子噪声等各种不利因素的影响，使得DR图像成像效果不尽如人意，影响医学诊断的正确性。因此，对DR图像进行处理是必不可少的。[1]
未经处理的DR图像有如下特点：信息量大，对比度低，细节丰富但湮没不可分辨。另外，图像常常伴有较为明显的椒盐噪声。因此，对于DR图像的图像增强算法，要求能够在提高图像的动态范围、增强对比度的同时，尽可能抑制噪声的放大。
直方图均衡是图像增强处理最为常用的方法之一，是将给定图像的直方图分布映射成为均匀分布的直方图，从而提高图像的动态范围，增强图像对比度。但直方图均衡存在一些缺陷，例如当图像灰度集中于某个灰度值时，经过直方图均衡的图像会出现“洗白”的效果，见图1。另外，基于直方图的图像增强方法利用的是图像的灰度统计信息，并未考虑到图像灰度在空间上相关性。
局部对比度增强方法，能够显著提高图像局部的对比度，但同时对于噪声有放大作用，且对全局对比度的提高没有显著作用。
综合以上考虑，我们提出一个结合局部增强和全局直方图均衡的算法。主要原理是在不同尺度上提取图像细节予以增强[2-3]，并根据Retinex理论对图像照明分量用直方图均衡方法进行处理，最后对上述高低频分量进行混合，使之在图像动态范围得以改善的同时也能增强局部对比度，最终得到较好的视觉效果。
2 算法与分析
2.1 Retinex模型
按照Retinex图像理论[4-5]，一般自然景物的图像f(i，j)可以用照明函数I(i，j)和反射函数R(i，j)的乘积来表示，照明函数描述景物照明，与景物无关;反射函数R(i，j)包含景物的细节，与照明无关。基于该模型，定义理想的图像f(i，j)为：
f(i，j)=R(i，j)×I(i，j)
利用对数函数，可以将两者分开，同时也符合人眼主观亮度近似为客观亮度的对数这一视觉特性。
ln〔f(i，j)〕=ln〔R(i，j)〕+ln〔I(i，j)〕
一般认为，照明分量的频谱落在空间低频区域，通常具有变化缓慢的特性;而反射分量的频谱落在空间高频区域，随着图像细节不同在空间上迅速变化。若物体受到照明度明暗不均时，图像上对应照度暗的部分，其细节就较难分辨。
2.2 局部增强技术
医学X光图像大多存在对比度不足的缺陷，但仅仅利用全局信息的增强技术往往不能够达到很好的对比度增强效果。
局部增强技术是解决该问题的途径之一。一般认为，窗口中心的像素灰阶与窗口邻域中所有的像素灰度值相关[6]。本研究利用局部窗口中像素灰度均值作为基准，计算窗口中心像素灰度与均值的差，并按照一定的拉伸函数对差值进行拉伸，从而增强局部对比度。
y(m，n)=u(m，n)+A(x(m，n)-u(m，n));
其中，u(m，n)表示局部均值，A表示增益系数。增益系数的选择对于图像处理效果也有较大影响。若选择常数作为增益因子，在灰度陡然变化的边缘部分往往会出现伪影，且无法控制噪声的放大。所以，一般将增益因子看成是关于原始图像的函数，找到合适的增益函数较为困难[7]。
经过多次实验，我们采用了幂函数形式的增益函数y=bxa，见图2。
图2 归一化增益函数图像
Fig 2 Normalized gain function figure
通过对a值的选择，可以按不同的曲线对归一化差值进行拉伸。选择a=0.8的曲线(图中红色曲线所示)，使差值较小的部分拉伸幅度较大，而差值较大部分拉伸幅度较小。利用这样的增益函数，使许多被湮没的细节得以显现。
2.3 算法思路与基本步骤
本研究的主要思路，在对数域上[8]对图像在大、中、小三个尺度下进行高频/低频信息的分离，使原图中各个尺寸的结构和细节显现在不同尺度下，并在不同尺度下实行局部对比度拉伸，从而凸显细节。
在此基础上，结合Retinex理论，将最大尺寸下分离出的低频图像看成是原图像的照明分量，对该部分图像进行直方图均衡，使其有较为均衡的灰度分布。
最后对各个尺度下的分量进行混合，映射到灰阶域。基本步骤如下：
(1)对图像进行一次中值滤波，旨在消除图像中明显的椒盐噪声。
(2)利用对数变换ln(·)将原图像x(i，j)转换到对数域T(i，j)。
T(i，j)=ln〔x(i，j)+1〕;
(3)在对数域上，利用均值滤波器实现低通滤波，得到图像的低频部分。
LPL{T(i，j)｝=1L×L∑i+L2m=i-L2∑j+L2n=j-L2T(m，n)
相应的，得到图像高频分量：
HPL{T(i，j)｝=T(i，j)-LPL{T(i，j)｝
高频分量往往体现了图像的细节。考虑到医学DR图像中信息丰富、结构复杂，通过控制滤波窗口大小，分别在大、中、小三个尺度上提取图像细节，并按一定增益系数进行局部对比度增强，以凸显不同尺度的细节。
T′(i，j)=LPL{T(i，j)｝+AL×HPL{T(i，j)｝+
LPM{T(i，j)｝+AM×HPM{T(i，j)｝+
LPS{T(i，j)｝+AS×HPS{T(i，j)｝
(4)结合Retinex理论，可以将大窗口滤波下的低频分量看成是滤去图像细节的照明部分，对这一部分进行修正——直方图均衡，使图像照明分量有更为均衡的灰度分布，则
T″(i，j)=LP″L+AL×HPL{T(i，j)｝+
LPM{T(i，j)｝+AM×HPM{T(i，j)｝+
LPS{T(i，j)｝+AS×HPS{T(i，j)｝
(5)对这三通道增强结果平均，最后利用指数变换将结果变换到灰阶域，得到最终的增强结果。
流程见图3。
图3 算法整体流程图
Fig 3 Flow chart of the algorithm
3 实验结果与分析
图4所示是人体侧脊DR图像在不同处理方法下的效果图。图4(a)为原始图像;4(b)为基于直方图均衡方法处理后的效果图;4(c)为多尺度的局部增强算法处理后的效果图;4(d)是本研究论述的算法处理后的效果图。可以看出，基于直方图均衡方法处理后的图像有明显的动态范围增大，但细节丢失严重，有“洗白”现象发生，无法清晰看到侧脊形态和细节，不利于医生诊断。而图4(c)中多尺度局部增强算法的使用，明显增强了图像局部对比度，对于细节部分表现良好，但图像整体偏暗，人工处理痕迹明显，失去DR图像真实感，视觉上有所欠缺。
而图4(d)，对比((b)、(c)图像，可以发现，本研究论述的方法结合了直方图均衡方法和局部增强两种方法的优点，提高图像动态范围的同时，局部对比度也显著提高，凸显图像细节。
图4(a)原图;(b)基于直方图均衡处理效果图;(c)多尺度局部对比度增强效果图;(d)本文论述算法处理后的效果图。
Fig 4 (a) Original image; (b) Enhancement result by HE method; (c) Enhancement result by multi-scale local enhancement method; (d) Enhancement result by the proposed method of our article
通过滤波器窗口大小的选择，可以对不同尺度细节加以提取增强。医学图像具有其复杂性，不同部位细节尺度不同，应对图像进行分析后，确定细节大小，再决定滤波器窗口大小。图5中胸片(局部)的大中小滤波窗口分别选择为S=11，M=21，L=121。最大的滤波窗口一般选择较大尺寸，将该尺度下的滤波后图像作为照明分量。可以看出，选择合适的滤波器窗口，可以使不同尺度的细节，如胸骨、肺纹理都得到增强。
需要指出的是，窗口越大，均值滤波耗费的时间越长。该算法需要在三个尺度上进行滤波，即使使用了均值滤波的快速算法，依然需要较长时间，以秒为单位计。另外，增益函数的选择也较为困难，本研究中增益函数是在多次实验的经验积累下确定的，不具有自适应性。这两部分需要进一步实验探究。
图5(a)为原图，图5(b)为用本文方法处理后的图像。从图中可以看出不同尺度的细节都得到较好的增强。
4 结论
本研究论述了一种基于人眼视觉特性的多尺度图像增强方法。在多尺度上进行局部增强，并在Retinex理论基础上，结合直方图均衡处理算法对图像进行处理，处理后的图像结合两种算法的优点，有较好的视觉效果，是一种适合于医学DR图像的增强算法。
参考文献
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Signal and Image
Multiresolution Analysis
2012，320p
Hardcover
ISBN9780470195154
A. 奥哈比编
小波分析的概念可以用两种方式介绍：一种是连续小波变换，另一种则是多分辨率分析（MRA）。通过将它们分解成（正交的）缩放和（正交的）小波，基于小波的多分辨率分析可用于不同分辨率层次的单一或多维信号的分析、处理及合成。因此，多分辨率分析提供了一族正交小波，并且将任何冗余减少到零。
近年来，使用小波变换的多分辨率分析受到不同领域研究人员的关注。它是一个在多层次上有效表示信号与图像的强有力工具，包括压缩、细节级显示、渐进变换、细节级编辑、滤波、建模、分形和多分形等。本书提供有关多分辨率分析的简单定形及新清晰度，描绘可实现的模糊技术，并且利用编码、特性析取、压缩传感、多分形分析和纹理分析来合并、统一或完善这种技术。本书提出新的研究课题包括人脑计算机接口（BCI）、压缩传感、功能磁共振成像（fMRI），细胞组织表示特性（骨头、皮肤等）。作者借助生物医学、通讯、多媒体，金融等领域中的许多图表及最近应用说明，帮助缺乏经验的读者更好地理解某些概念。
本书共分4 章：1. 多分辨率分析入门； 2.基于离散小波变换的多分形分析； 3.利用JPEG2000的多模态压缩：受监督的插入方法； 4.使用小波包的大脑微栓塞同步检测。
本书作者是法国图尔综合理工大学信号及图像小组的教授和主任。目前，他还担任该校国际关系的主任。他的主要研究领域是图像和信号处理。同时，他对采样理论多分辨率算法、优化滤波、频谱分析、小波以及分形对图像处理的应用有着强烈的兴趣。他在上述领域中发表了100多篇论文。
本书是Wiley《数字信号与图像处理》丛书”中的一本。它所针对的读者群是不同专业的工程师、医学研究人员、大学实验室实验员、讲师和研究员。工程专业的研究生，特别是医学图像、智能仪器、电讯及信号和图像处理领域的研究生，也会从本书中受益。
胡光华，退休高工
（原中国科学院物理学研究所）
