医学图像在体育研究中的应用简述
【摘 要】 医学图像不仅在医学领域得到广泛应用，促进了医疗方法的改进，也为体育研究提供了重要的手段。目前主要的应用领域有：人体成分研究；人体参数研究，人体可视化及其生物力学研究。
【关键词】 医学图像；MRI；体育研究；应用
体育科研主要是针对人体各种活动现象进行探索研究，特别是在运动人体科学研究中，需要对人体各种参量进行测量，由于对活体研究的局限性，要获得人体的内部各种信息非常困难，生物化学可以对人体内化学变化进行测量研究，但是要获取活体人组织、器官相关信息却很困难，近20多年来，医学影像已成为医学技术中发展最快的领域之一，在20世纪70年代初，X-CT的发明曾引发了医学影像领域的一场革命，与此同时，核共振成像、超声成像、数字射线照相术等逐步发展，以及计算机和医学图像处理技术作为这些成像技术的发展基础，带动着现代医学诊断正产生着深刻的变革。各种新的医学成像方法的临床应用，使医学诊断和治疗技术取得了很大的进展，其结果使临床医生对人体内部组织、器官病变部位的观察更直接、更清晰，确诊率也更高。因此，医学图像处理技术一直受到国内外有关专家的高度重视，特别是医学图像三维可视化的发展，可以在显示设备上绘制出具有真实感的人体组织结构，在操作上完成交互式显示组织结构的改变，如进行手术导航等，在分析上对人体结构进行形态或功能上的定量处理。伴随着这些技术的发展，也为体育研究中获得人体内部信息资料提供了直接的手段和方法。
一、人体医学图像种类
医学图像大多是黑白图像，其主要包括人体组织断面光学图像、计算机断层图像(ComputerizedTomography,CT)、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)、超声(Ultrasonography)等成像以及X线图片、B超图片、电镜图片等，其中在体育研究中应用最广泛的医学图像有人体组织断面光学图像、CT、MRI。由于不同医学成像设备的成像机理不同，其图像质量、空间与时间特性有很大差别，不同的医学图像提供了相关脏器的不同信息，人体组织断面光学图像是对人体尸体进行剖切获得，能够获得人体内部组织清晰的图像，但其缺点是通过尸体剖切获得，因此，在处理过程中组织信息有相应的一些变化；在CT成像中，由于骨组织对X线有较大的吸收系数，因此对骨组织很敏感，对其他组织相对要弱些；而在MRI成像中，骨组织含有较低的质子密度，所以MRI对骨组织和钙化点信号较弱。
二、人体医学图像在体育研究中的应用
在体育研究中，目前主要的相关应用领域有：
1、人体成分研究
人体成分是影响人体健康的重要因素，因此对人体进行成分测试是人体健康检查的重要内容之一。采用医学影像扫描人体的方法得到人体内各种组织器官的影像，主要有CT法和磁共振技术，结合计算机图像处理技术，可以获得人体相关组织成分量，其中主要有人体脂肪量的测量和人体骨质密度的测量。其中CT方法需要使用X射线照射人体，对人体有一定的辐射作用，并且CT图像对骨组织很敏感，而对人体其他软组织影像信息相对较弱；而磁共振成像由于没有辐射，它可以对人体脊髓、脑、肝、肺等各个器官、组织直接成像。国内外相关研究人员应用该方法获得人体成分量来校核其它测量方法的准确性，例如，韩国Biospace公司采用CT法测量人体成分来标定人体成分分析仪InBody系列产品。
2、人体参数研究
人体惯性参数是进行人体运动学和动力学研究时涉及的重要参数，体育运动、航空航天、人类工效学等许多领域研究人体运动都需要知道确切的人体惯性参数，因此，应用面十分广泛，但由于人体是一个非常复杂的生物有机体，其惯性参数的获得要比无生命的物体困难得多，国内外学者不断探索，运用各种方法、手段来测定人体的惯性参数，其中采用医学影像法是对活体进行测量的重要的方法，其主要方法也主要包括CT法和磁共振技术。国内由清华大学，白求恩医科大学和国家体委科研所共同合作，采用CT法完成中国正常人人体质量、质心、转动惯量等人体惯性参数的测定和统计，已应用于航空航天研究中。台湾国立体育学院何维华博士采用磁共振法对台湾普通青年人和运动员进行测定，获得台湾地区人体惯性参数数据。
3、人体可视化及其生物力学研究
三维医学图像的可视化通常是利用人类的视觉特性，通过计算机对二维数字断层图像序列形成的三维体数据进行处理，使其变换为具有直观立体效果的图像来展示人体组织的三维形态。其起源于美国可视人计划（Visible Human Project，VHP），并得到迅速的发展，在医学上已经得到广泛的应用：准确地确定病变体的空间位置、大小、几何形状及它与周围生物组织之间的空间关系，从而及时高效地诊断疾病，用在手术计划的制定、病理变化的跟踪、治疗效果的评价等方面。体育研究中，拍摄人体的特定部位组织、器官医学影像，并运用三维重建技术构建人体内部不同组织、器官结构，进行定量测量，或对各种组织间的力学特征关系进行分析。例如，通过磁共振图像构建环节模型，并对各环节之间，环节与周围组织之间力学作用进行分析；或探讨不同特征人群相关结构差别，分析探讨引起各种差别的各种因素。现在已经发展有多种三维重建的软件，了解到的主要有AVS、Analyze、amira、3Dslicer、3D-doctor等。
三、体育研究中医学图像处理基本方法
体育研究中应用医学图像的基本步骤为：在CT机或磁共振扫描机对人体进行断层扫描，获得人体一片片断层图像（CT，MRI等）。然后完成从医学图像格式到便于计算机处理的图像格式转换，通过滤波增加信噪比或消除医学图像伪迹，根据有限元原理，对医学图像体素的堆积组合构成三维体数据，然后对体数据的不同组织器官进行分割提取，获得人体组织器官相关数据，或进行三维合成，归类显示感兴趣组织，并可以对三维图像进行操作、分析。
体育科学是一个交叉边缘学科，由于研究领域非常广泛，研究方法也很多，在一定研究领域研究深度上与其他专业学科尚存在一定的距离，但是其他学科科学研究方法的发展，也在促进体育学科研究方法的向前发展，医学影像技术和计算机科学的迅速发展，会在体育研究领域得到更广泛的应用。
【参考文献】
［1］ 田娅，饶妮妮，蒲立新.国内医学图像处理技术的最新动态［J］.电子科技大学学报，31.5.2002.10：485-489.
［2］ 秦斌杰，陈旭，庄天戈.医学图像三维可视化［J］.航天医学与医学工程，14.6.2001.12：452-455.
［3］ 金永君，艾延宝.核磁共振技术及应用［J］.物理与工程，2002.12（1）：47.
［4］ 卢德明主编.运动生物力学测量方法［M］.北京：北京体育大学出版社，2001.5.1：173-175.
［5］ 郑秀瑗等编著.现代运动生物力学［M］.国防工业大学出版社，2002.10.1：119-136.
［6］ 何维华.台湾男性青年人与运动员之人体肢段参数研究［D］.台湾国力体育学院.
［7］ 中国虚拟人医学图像方法学考虑［J］.罗述谦.中国基础科学.科学前沿，P20-24.
【作者简介】
下一篇：解放军与事故的艰难“战争”