AI医学图像处理（基于Python语言的Dragonfly）

杨慧芳，北京大学口腔医院口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心、口腔数字化医学研究中心工程师，拥有首都医科大学生物医学工程硕士学位。主要研究方向为口腔数字化医学、医学图像处理等。先后发表文章30余篇，申请发明专利10项（获批2项），曾参与多项国家和省部级科研项目。

适读人群 ：从事医学图像处理软件开发的技术人员、产品经理，相关领域的工程人员和科研人员。可以作为医学图像处理或医学院的培训用书或参考书。读者需要有简单的图像处理经验，了解一定的Python基本知识和人工智能和机器学习算法。

1.AI+医学图像处理，注重实战。
2.Dragonfly封装了诸多机器学习库，易上手、可操作性强。
3.紧贴“医学+AI”概念——现在科研领域和资本中的热门技术。
4.针对“医生、科研人员处理影像数据，标注数据面临的难题”，针对性强。

第 1章 人工智能与医疗 1
1．1　人工智能在医疗领域的发展 1
1．1．1 人工智能在医疗领域的发展史 1
1．1．2 “人工智能+医疗”行业现状 6
1．2 人工智能在医疗领域的发展阶段以及具体实现 9
1．2．1 发展阶段 9
1．2．2 具体实现 10
1．3 人工智能在医学图像领域的应用 14
1．4 人工智能在口腔领域的研究进展 15
1．5 拓展阅读 17

第 2章 医疗领域中的图像处理 19
2．1 医疗领域的图像处理技术及其应用 19
2．2 医学图像处理案例 20
2．3 医学图像处理的常用软件 21
2．3．1 ImageJ 21
2．3．2 MATLAB 22
2．3．3 VTK 22
2．3．4 MIPAR 23
2．3．5 Dragonfly 24
2．3．6 OpenCV 24
2．3．7 Mimics 24
2．3．8 Amira 25
2．4 拓展阅读 25

第3章 医学图像处理的常规流程 27
3．1 图像获取 27
3．1．1 医学图像的获取方式 27
3．1．2 医学图像的存储格式 28
3．1．3 医学图像的处理和分析 28
3．2 图像预处理 29
3．2．1 坐标系的定义 29
3．2．2 空间坐标变换 30
3．2．3 图像灰度值归一化 31
3．3 图像标注 31
3．3．1 图像标注的定义 31
3．3．2 图像标注软件 32
3．4 数据增强 32
3．4．1 数据增强的定义 33
3．4．2 图像数据增强 33
3．5 图像分割 35
3．5．1 图像分割的定义 35
3．5．2 常用的经典图像分割方法 36
3．5．3 常用的基于深度学习的图像分割技术 37
3．6 图像配准 40
3．6．1 图像配准的定义 40
3．6．2 图像配准的类型 41
3．6．3 图像配准中的对象分类 41
3．6．4 图像配准的方法 42
3．7 图像融合 42
3．8 三维重建及数据导出 43
3．8．1 三维重建 43
3．8．2 数据导出 43
3．9 数据分析 43
3．9．1 特征提取：构建影像特征知识库 43
3．9．2 CT中骨组织的影像特征分析 43
3．9．3 MRI中软组织的影像特征分析 44
3．9．4 构建相应的疾病预测模型 44
3．9．5 结构化报告生成 44
3．10 拓展阅读 44

第4章 医学图像处理软件Dragonfly 45
4．1 Dragonfly概述 45
4．1．1 软件概述 46
4．1．2 软件下载与安装环境要求 47
4．1．3 Dragonfly的优势 48
4．2 Dragonfly界面及其主要功能 50
4．2．1 Dragonfly界面 50
4．2．2 Dragonfly的主要功能 53
4．3 Dragonfly的拓展模块 60
4．3．1 Macro Player 60
4．3．2 Macro Builder 61
4．3．3 Infinite Toolbox 62
4．3．4 Python Console 63
4．4 Dragonfly的应用模块 64
4．4．1 骨骼分析模块 64
4．4．2 连通单元分析模块 65
4．4．3 CT重建模块 66
4．4．4 人工智能模块 66
4．5 Dragonfly的工作流程 68
4．5．1 Dragonfly的一般工作流程 68
4．5．2 工作流程中的重要步骤 69

第5章 语义分割——口腔CBCT图像中牙齿和牙髓及周边组织的分割 77
5．1 图像导入 77
5．2 图像预处理 78
5．2．1 空间坐标系校正 79
5．2．2 灰度值归一化 80
5．3 图像标注 82
5．3．1 选择Frame 82
5．3．2 确定分类 84
5．3．3 ROI标注 85
5．4 模型生成 88
5．5 数据增强 90
5．6 神经网络训练 91
5．7 应用网络 93
5．8 总结与思考 97

第6章 三维建模——肺血管和气管分割 99
6．1 图像导入 99
6．2 图像标注 99
6．3 训练模型 104
6．4 结果分析 105
6．5 总结与思考 106

第7章 图像配准——口腔术前和术后数据的配准应用 109
7．1 图像导入 109
7．2 图像预处理（三维空间坐标系校正） 109
7．3 图像配准 111
7．3．1 手动图像配准 111
7．3．2 自动图像配准 113
7．4 总结与思考 116

第8章 分割与特征提取——骨组织的形态学分析 117
8．1 骨的背景知识 117
8．2 Dragonfly中Bone Analysis模块的操作流程 118
8．3 骨的测量参数 119
8．3．1 骨分析的通用参数 119
8．3．2 骨小梁分析的参数 121
8．3．3 皮质骨分析的参数 122
8．4 图像导入 124
8．5 图像预处理与骨分割 125
8．6 Dragonfly软件中的Bone Analysis模块 130
8．7 各向异性的计算原理 136
8．8 单层测量 138
8．9 总结与思考 139

第9章 特征计算及分析——医用材料方面的应用 143
9．1 图像导入 143
9．2 图像可视化 144
9．3 阈值分割、注释和测量 145
9．4 分水岭分割 146
9．5 量化分析 153
9．6 总结与思考 156

第 10章 目标检测——腹部CT肾脏区域的标注 157
10．1 图像导入 157
10．2 图像标注 157
10．3 生成YOLOv3模型 159
10．4 训练YOLOv3模型 160
10．5 应用YOLOv3模型 162
10．6 总结与思考 163

第 11章 未来展望 165
11．1 人工智能在医学领域的发展现状及趋势 165
11．2 人工智能在骨科领域的发展现状及趋势 166
11．3 人工智能在口腔领域的发展现状及趋势 167
11．4 拓展阅读 168