终极版医学图像处理问题.docx
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终极版医学图像处理问题
医学图像处理问题
第一章绪论（09720776）
1）目前临床上常用的医学图像有哪些?
并简述这些医学图像的基本类型。
[P1］
答:
B超扫描图像、彩色多普勒超声图像、核磁共振（MRI）图像、CT图像、PET图像、SPECT图像、数字X光机（DX）图像、X射线透视图像、各种电子内窥镜图像，显微镜下的病理切片图像等。
2）临床医学图像有哪些主要成像方法?
并简述各成像方法所包含的基本信息。
［P2\P3]
答：
正电子放射层析成像技术（PET）、磁共振成像技术（MRI）、X射线层析成像技术（CT）、单光子发射计算机断层成像术（SPECT）.
X射线，CT，MRI及超声：
解剖图像，主要描述人体的生理解剖结构。
PET，SPECT，fMRI：
功能图像,主要描述人体在不同状态下组织器官的功能活动状况.
3）医学图像处理有哪些主要特点？
［P3]
答：
1.医学影像具有灰度上的含糊性.2.局部体效应。
3。
不确定性知识
4）医学图像处理有哪些可能的临床应用?
［P7\P8］
答：
辅助医生诊断，仿真多角度扫描，数字解剖模型，手术教学训练，制订手术规划，放射治疗，手术导航与术中监护,治疗规划，虚拟内窥镜,脑功能和结构研究，远程医疗。
5）医学图像处理主要包括那些内容？
有哪些主要方法？
［网上＆P2＆目录］
答：
医学图像处理的主要目的是利用图像处理技术来处理和加工医学诊断、检查、治疗中的视觉信息.主要内容包括各种细胞、组织与器官的图像及其处理.
研究内容包括医学影像数据的获取,数据预处理技术，医学图像的配准，三维可视化,虚拟现实技术,DICOM数据通信技术，PACS系统和图像引导术。
主要方法：
医学图像的增强、分割、特征提取、配准、压缩、三维重建与可视化技术.
第二章医学图像增强技术
6）常见的医学图像噪声有哪几类？
1。
加性噪声：
它和图像信号强度是不相关的，如图像在传输过程中引进的“信道噪声”，摄像机扫描图像的噪声等。
2。
乘性噪声：
和图像信号是相关的，往往随图像信号的变化而变化，如飞点扫描图像中的噪声、扫描光栅、胶片颗粒噪声等.
3.量化噪声：
量化噪声是数字图像的主要噪声源，其大小显示出数字图像和原始图像差异.
4。
“盐和胡椒”噪声：
此类噪声如图像切割引起的即黑图像上的白点，白图像上的黑点噪声。
7）去除噪声的常用医学图像增强方法有哪些？
它们分别适用于哪些图像噪声?
在空间域对噪声的去除常用邻域平均法和中值滤波处理；在频域处理方法有低通滤波和带阻滤波.
邻域平均法一般用于消除图像中的随机噪声;中值滤波法在滤除噪声（尤其是脉冲噪声）的同时能很好地保护信号的细节信息，适用于一些线性滤波器无法胜任的数字图像处理应用场合；带阻滤波主要用于处理图像中出现信号以外的有规律的点阵、网纹或斜条纹时的情况。
（均值滤波空间域对图像进行平滑处理的方法，易于实现，效果也好，均值滤波器的缺点是在讲噪声点均摊的同时将景物的边界点也分摊了，缺点是使得图像变得模糊）
8）比较维纳滤波器和匹配滤波器，简述各适用条件.
估计比检测难.
在相同条件下，可以期望匹配滤波器比维纳滤波器的性能好。
9）图像锐化的主要作用是什么？
如何实现图像锐化?
它对图像质量会带来什么负面影响？
1。
图像锐化可以增强图像中物体的边缘和轮廓，便于提取物体特征进而对物体进行识别和分析。
2.空域锐化技术的基本方法是对图像进行微分处理，并将运算结果与原图像叠加；在频域中则是运用高频提升滤波技术。
3.能够进行锐化处理的图像必须要求有较高的信噪比，否则,图像锐化后，信噪比更低。
因为锐化将使噪声受到比信号还强的增强，所以一般是先去除或减轻干扰噪声后,才进行锐化处理.
10）什么是非锐化掩模技术？
如何实现?
非锐化掩模是一种通过减去图像中模糊部分（低通成分）来改变高频内容可视性的图像增强技术.
g=αf-βflp,α≥β＞0
为保持图像的局部均值不变,假定低通滤波均一化，那么保持图像局部均值守恒的非锐化掩模公式为
g=flp+α（f-flp）/（α-β），α≥β＞0
g=flp+rfhp,r=α/（α—β），α≥β＞0
11）乳腺钼靶图像的计算机辅助分析与诊断为何很重要？
乳腺钼靶X线机具有普查、诊断、活检功能。
它分辨率高，重复性好,能精细地记录不同穿透能力的软组织留下的X线影像,特别是能捕捉到对乳腺癌具有诊断意义的微小钙化灶；对乳腺癌的诊断敏感性和特异性都非常高,留取的图像可供前后对比，不受患者年龄、体形的限制。
钼靶X线图像计算机辅助诊断技术可以详细地分析乳腺钼靶X线图像所能提供的全部信息。
钼靶X线图像数字化后,可以与计算机数据库中的正常乳腺进行比较，也可以通过其专有的软件系统标记出钼靶X线图像中高度潜在恶性的可疑病灶（包括肿块、异常结构、可疑恶性钙化）,以引起诊断医生的高度重视,从而减少漏诊。
钼靶X线图像计算机辅助诊断系统可以在不增加医师负担和工作时间的前提下,提高诊断医生对钼靶X线图像监测乳腺疾病的敏感性，降低对乳腺疾病的漏诊率，从而可以潜在地辅助临床诊断和治疗;尤其是它不受一些外来人为因素（如疲劳疏忽、经验限制等）影响,及其在一定程度上克服了致密性乳腺所造成的诊断困难，显示了其在辅助乳腺X线图像诊断乳腺癌方面的优越性。
12）乳腺图像计算机辅助分析中欲增强肿块与致密型乳腺组织间的对比度，有什么可能的途径？
有何理由？
大多数含有肿块的乳腺图像具有以下的两个特点:
1.肿块淹没于高密度的腺体背景中,通常与背景具有相似的灰度等级.2。
肿块相对于背景腺体来说面积较大，即在频域分析角度来说,属于低频成分;同理，背景腺体即属于相对高频成分.
所以可以选用高通滤波法进行滤波，滤去致密型腺体背景，从而增强肿块与致密型乳腺组织间的对比度
13）乳腺图像计算机辅助分析中欲增强微细钙化点和背景噪声间的对比度，有什么可能的途径？
有何理由？
方法一：
首先进行图像特征增强，得一增强图像。
然后再对原始图像进行噪声抑制,得一噪声抑制图像。
信号增强图像和噪声抑制图像相减去除不相关的乳腺结构。
方法二：
小波变换法
14）有哪两种原理不同的X射线（成像）检查方法？
简述这两种方法各自的优点。
、
（1）X线照相
通常是拍在放于影像板内的胶片上。
也可以用荧光摄影术、电影荧光摄影术或电视录像等方法记录在胶片上。
供以后阅读。
它具有下述优点：
–几何清晰度高;
–对比度范围广；
–有可能利用充分的时间进行详细检查；
–因为接触时间短,所以X射线剂量低；
–可得到病人情况的客观证据。
（2）X线透视用直接透视法检查病人,有下述优点：
–能够快速检查病人的情况；
–病人能够取适当的位置，所以可以选择最适宜的投照方向和X线束野的大小；
–可以直接看到器官的活动;
–能够在直接观察下去除异物和进行骨折复位.
15）什么是X射线图像的对比度？
它主要取决于哪些因素?
当射线经过物体具有不同的质量衰减系数、不同的密度或不同的厚度的两个相邻部分时，就产生影像的对比度，X线图像的对比度是由于各种组织对X线的不同衰减度造成的。
它主要取决于物质的衰减系数、密度和厚度与及X线球管的电压
第三章医学图像分割技术
16）医学图像分割的依据是什么?
医学图像分割的依据包括:
医学图像灰度、颜色、纹理、局部统计特征或频谱特征等，利用这些特征的差别可以区分图像中不同目标物体
17）常用的医学图像分割方法有哪些？
并简述各方法的特点.
a）基于区域的分割方法，典型的有a）阈值分割,特点：
阈值分割方法基于对灰度图像的一种假设：
目标或背景内的相邻像素间的灰度值是相似的，但不同目标或背景的像素在灰度上有差异,反映在图像直方图上，不同目标和背景则对应不同的峰，选取的阈值应位于两个峰谷处，从而能将各个峰分开
b）区域生长和分离合并，特点：
将分割过程分解为多个顺序的步骤，其中后续步骤要根据前面步骤的结果进行判定而确定
c）分类器和聚类，
2。
基于边缘的分割方法，特点：
基于边缘上的像素灰度值的变化往往比较剧烈，通过检测不同区域间的边缘来进行图像分割
典型的有a）并行微分算子，特点：
利用相邻区域的像素值不连续的性质，采用一阶或二阶导数来检测边缘点，用于检测图像中的灰度变化，
b）基于曲面拟合的方法,特点：
将灰度看成高度，用一个曲面拟合一个小窗口内的数据，然后再在拟合的曲面进行边缘检测来决定边缘点
c）边界曲线拟合，特点:
用平面曲线表示不同区域间的图像边界线,试图根据图像梯度等找出正确表示边界的曲线，进行图像分割
d）串行边界查找，特点：
查找高梯度值的像素，然后将它们连接起来形成表示对象边缘的曲线
3。
结合区域与边界信息的方法，特点:
充分发挥各自的优势，获得更好的图像分割结果
典型的有a）基于形变模型的方法，特点：
综合利用了区域与边界信息。
通过使用从图像数据获得的约束信息和目标的位置、大小和形状等先验知识,进行有效的分割
4。
图谱引导方法,特点：
将分割看成配准问题，它首先将分割好的模板图像一对一映射到待分割的目标图像上
5.基于数学形态学的方法，特点：
以在图像中移动一个结构元素进行卷积的方式进行
18）Mumford-Shah图像分割模型有几项？
简述各项的基本作用。
找不到！
!
19）参数形变模型有几个参数？
简述各参数的物理解释及其在图像分割中的基本作用。
参数形变模型所用的两种不同类型的公式:
能量最小化公式和动力公式（课本P72页,“从传统的活动轮廓定义为-————-如物体边界位置，取得较小值。
"）不懂，答案还在修改中
20）欲在乳腺图像中分割出肿块，有什么可能的途径?
有何理由？
应用基于阈值区间的三维水平集算法,轮廓既可以膨胀也可以收缩,初始轮廓可以部分地位于感兴趣目标之外，降低了对初始轮廓选择准确性的要求，采用基于阈值区间的三维水平集算法进行分割时，初始轮廓的选择更具有灵活性，避免了因初始轮廓引起的分割错误，可有效检测出肿块
21）在乳腺图像中欲分割出微细钙化点簇，有什么可能的途径？
有何理由?
没找到。
大家讨论一下。
22）以乳腺疾病图像的计算机辅助诊断为例,说明什么是判断图像分割好坏的标准？
常用的判断标准:
a）专家目测：
一般由专家在图像上手绘的边界被认为是“真实”组织边界，用于评估计算机分类算法的性能.
b）体模验证：
体模法是用已知得得图像信息验证新分类算法的精度。
c）计算机化解剖图谱：
建立医学图像解剖数据库，并对分类结果的正确性进行统计，包括敏感性、特异性、假阳性和假阴性，耳聪得到人体解剖组织概率模型。
该模型即可于组织分类结果比较，也可作为模板对于图像作初始分类,用于多种图像处理之中。
23）超声成像的物理学原理是什么？
它与X射线成像比较有哪些特点？
a）物理学原理：
人体结构对超声而言是一个复杂的介质，各种器官与组织，包括病理组织有它特定的声阻抗和衰减特性。
因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。
超声射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织,从而产生不同的反射与衰减.这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。
b）特点暂时没找到！
24）利用超声技术成像的扫描方法有哪几种？
A型、M型、B型
1.A型超声
A型显示是最基本的超声显示方式
A型超声是以波形来显示组织特征的方法，主要用于测量器官的径线，以判定其大小.可用来鉴别病变组织的一些物理特性
A超主要用于颅脑的占位性病变的诊断。
2。
B型超声
B型超声诊断仪（简称B超）是目前超声图像诊断应用最广泛的机型。
B型超声是用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。
3。
M型超声
M型超声诊断仪（简称M超）又叫超声心动仪之称.
M型超声是用于观察心脏等活动界面时间变化的一种方法.
25）超声心动图的用途是什么?
从超声心动图分割左心室有什么可能的途径？
有何理由？
问题一：
包括M型超声、二维超声、脉冲多普勒、连续多普勒、彩色多普勒血流显像，应用超声波回声探查心脏和大血管以获取有关信息.
第四章医学图像特征提取技术
26）描述目标区域形状的特征有哪些？
并简述这些特征的提取方法.
答：
目标区域形状特征有:
目标的边缘，圆形度,密度，不规则度和紧凑度。
方法有基于径向梯度和基于几何形状的提取.
27）描述目标区域纹理的特征有哪些？
并简述这些特征的提取方法。
答：
光学密度，粗糙度，纹理方向性。
方法有:
用表面纹理提取特征的方法，根据病灶纹理和灰度值之间的关系提出了根据离开实性占位中心的距离的提取方法.
28）通过乳腺图像计算机辅助分析来鉴别良性和恶性乳腺肿瘤，有哪些图像特征？
答：
基于梯度变化的特征，基于强度变化的特征，基于不同几何形状的的特征。
29）通过乳腺图像计算机辅助分析来鉴别团块型和分叶型肿块，有什么可能的途径？
为什么？
30）CT成像的反投影滤波算法中滤波起什么作用？
31）CT扫描仪的发展经历了哪几代？
根据什么进行划分？
各代有什么特点？
答：
CT经过20多年的迅速发展，按照扫描方式来划分已经有五代CT。
第一代CT以Hounsfield的第一个头部CT找描装置为代表.
特点：
该CT采用平行X射线束递增扫描方式.
第二代CT采用扇形速递增扫描方式。
特点:
CT允许扫描设备在旋转时以较大角度旋转（一般为10度）,因此扫描时间较少。
第三代CT采用扇形束旋转扫描器.
特点:
在这种扫描设备中检测器成弧形排列,这种CT在通道增益不一致、不稳定或未能进行及时矫正的情况下，易出现环形伪影.
第四代CT的扫描原理与第三代CT的扫描原理相近。
特点：
CT中检测器排列成圆环状且固定不动，X射线源在探测器环内做旋转运动。
第五代为锥形半圆柱扫描CT。
特点：
可以获得诸如人体心脏这样快速运动器官的精确影象。
32）试解释核磁共振现象。
什么样的原子可以产生核磁共振现象？
答：
核磁共振是在外加磁场的作用下，正在旋进的某些原子核发出一定频率的电磁波，如果用适当的射频电流从与主磁场相垂直的方向上对旋进的原子进行激励,则其旋进角度增大；如果撤除激励电流，原子则要逐渐回到原始状态,并发射出与激励信号频率相同的信号，这一现象称为核磁共振现象。
核磁共振的核指某些原子的原子核，物体的原子是由原子核及围绕原子核运动的电子组成的,原子核由中子和质子构成，产生核磁共振现象的前提是中子、质子两者必须有一种粒子的数目为奇数。
33）什么是Larmor频率？
答:
如果外加磁场强度大小为
，旋磁比为
则质子进动频率为
从而有
，这里的频率
即为原子核的共振频率，或称为Larmor频率.
34）说明MRI的空间定位编码方法。
答：
此题请各位同学参考P23（3.磁共振信号与图像之空间定位）中的相关解释，自抒已见，充分发挥自已的想象力和创造力吧！
太多了，也许我总结的会不符号各位的看法。
35）试比较CT和MRI的优缺点。
成像技术
CT
MRI
优点
1.成像速度快
2.对骨组织敏感
3.空间分辨率较高
4.造价相对较低
1.软组织成像效果好
2.空间分辨率高
3.对人体无害
4.扫描角度灵活
5.无骨伪影
缺点
1.X射线对人体有危害
2.对软组织成像较差
3.骨的边缘在成像中易产生条状伪影
4.成像角度不灵活
1.对骨组织成像效果较差
2.成像时间较CT长
第五章医学图像配准技术
36）医学图像配准有哪些主要用途？
答：
①医疗诊断②手术计划的制定③放射治疗计划的制定④病理变化的跟踪⑤治疗效果的评价.
37）同一患者的头部CT与脑部MRI配准有什么可能的途径？
说明理由。
38）医学图像配准有哪些主要步骤？
简述各步骤的作用（输入和输出）。
答：
医学图像配准一般包括两个步骤：
1提取出图像的特征信息组成特征空间；
其作用是提取图像中的所有有效信息，对其进行充分利用。
2根据提取的特征空间,确定变换。
在其过程中,还需采取一定的搜索策略，也就是优化措施。
因此我们把特征空间、变换和优化作为配准的三个特性;
变换的作用是它是配准定义的基本，完成每一幅待配准的图像的配准；优化的作用是使相似性测度更快、更好地达到最优值。
39）什么是刚体变换?
二维刚体变换有几个独立参数？
给出各参数的几何解释.
答：
所谓刚体，是指物体内部任意两点间的距离保持不变.刚体变换使得一幅图像中任意两点间的距离在变换前后保持不变。
二维刚体变换有两个参数的平移矢量
和两个参数决定的
的旋转矩阵
，即
有很多种表示方法，其中最流行的是
角、四元数、轴角表示法及正交矩阵表示法等.
40）什么是仿射变换？
二维仿射变换有几个独立参数?
给出各参数的几何解释。
答：
仿射变换属于非刚体变换，放射变换将直线映射为直线，并保持平行性。
一般的仿射变换可用于校正由CT台架倾斜引起的剪切或MR梯度线圈不完善产生的畸变。
一般的二维放射变换有两个参数的平移矢量t和两个参数决定的
的矩阵A，即x'=Ax+t,尺度变换系数不一致的非均匀尺度变换是更一般仿射变换x’=Ax+t的特例，这里对矩阵A的元素没有任何限制,在齐次坐标系中,将A和t纳入一个
的矩阵M中，表达式变为
，其中
。
41）什么是透视变换？
二维透视变换有几个独立参数?
答:
透视变换是投影变换的子集，通过光线或X射线将三维场景投影到二维平面的几何变换称为透视。
二维透视变化有2个独立的参数。
42）如何判断变换矩阵T是否刚体变换?
43）什么是互信息？
最大互信息法的特点是什么？
答:
互信息（MutualInformation）是信息论里一种有用的信息度量,通常用于描述两个系统间的统计相关性，或一个系统中包含的另一个系统中信息的多少，一般用熵来表示。
最大互信息法是应用较多的一种方法,其配准精度高于基于分割的方法，不需对图像进行分割、特征提取等预处理，几乎可以用于任何不同模式图像的配准，并具有较强鲁棒性，特别是当一副图像的数据部分缺损时，也能得到很好的配准效果使用范围广.
44）医学图像配准方法的验证方法有哪些？
简述各方法的适用条件和特点.
答：
①体模。
体模法用已知的图像信息验证信配准算法的精度。
由于体模法较简单,与实践临床图像差异较大，因此只能对配准方法做初步的评估。
②准标。
立体定向框架系统包括立体定向参考框架、立体定向图像获取探针或手术机械导向几部分.它的优点是定位准确，不易产生畸变。
使用立体定向框架系统可以用来评估其他配准方法的精度.③图谱。
由于具有清晰的解剖结构和高度的分辨率，近来也被用作新配准方法的精度的评估。
④目测检验。
对多模医学图像配准的结果请相关专家用目测的方法检验，听起来有些主观，但的确是一种相当可信的方法。
45）什么是影像导引下的外科手术？
并简述医学图像配准技术在手术导航中应用的具体内容.
影像导航下的外科手术（ImagingGuidedSurgery-IGS）包括影像导引下的介入治疗和直接的外科手术在内。
其主要目标是减少外科手术过程中的人为因素，使外科手术更为精确，即在病灶切除更为干净的同时、最大限度地保护正常组织.影像导引下的外科手术的工作流程包括病人影像数据的采集、外科手术的计划系统和影像导引下的外科手术导航系统三部分.手术导航中，影像处理工作主要是不同模态影像的配准和融合，通过把病人和手术器械的定标和定位建立起病人手术空间和影像空间之间的对应关系，保证每个手术步骤中都能标注手术器械和病灶的相对位置和标尺的误差。
第六章医学图像压缩技术
46）编码冗余
答：
如果一个图像的灰度级编码，使用了多于实际需要的编码符号,就称该图像包含了编码冗余。
如果用8位表示该图像的像素，我们就说该图像存在着编码冗余，因为该图像的像素只有两个灰度，用一位即可表示。
47）像素间冗余
答:
像素冗余，图像中相邻像素间的相关性引起的空间冗余。
由于任何给定的像素值,原理上都可以通过它的邻居预测到，单个像素携带的信息相对是小的。
对于一个图像,很多单个像素对视觉的贡献是冗余的。
这是建立在对邻居值预测的基础上。
48）游程长度
答：
每个游程包含的个数为游程长度.游程长度编码是栅格数据压缩的重要编码方法，它的基本思路是：
对于一幅栅格图像，常常有行（或列）方向上相邻的若干点具有相同的属性代码，因而可采取某种方法压缩那些重复的记录内容。
其编码方案是，只在各行（或列）数据的代码发生变化时依次记录该代码以及相同代码重复的个数,从而实现数据的压缩.
49）峰值信噪比
答：
峰值信噪比（经常缩写为PSNR）是一个表示信号最大可能功率和影响它的表示精度的破坏性噪声功率的比值的工程术语，常用对数分贝单位来表示。
均方差：
其中，
是表示图像点颜色的最大数值,如果每个采样点用8位表示，那么就是255。
50）变长编码的基本思想是什么?
最常用的变长编码包括哪几种？
答：
①思想：
通过尽可能少的比特数表达尽可能多的灰度级以实现数据的压缩.
②最常用变长编码：
Huffman编码，另外还有算术编码•行程编码•Lempelzev编码.
51）什么是变换编码？
变换编码的依据是什么？
答：
①变换编码是将原始数据“变换”到另一个更为紧凑的表示空间,去除图像的空间冗余度，可得到比预测编码更高的数据压缩。
②依据:
将原始数据进行可逆的正交变换，从而使相邻灰度相关性为0，并使得能量守恒和能量集聚。
52）简述JPEG编码过程。
JPEG是联合图象专家组（JointPictureExpertGroup）的英文缩写,是国际标准化组织（ISO）和CCITT联合制定的静态图象的压缩编码标准。
JPEG是目前静态图象中压缩比最高的。
JPEG有几种模式，其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式,又称为基线系统（Baseline），其过程为:
53）DICOM指什么?
DICOM的发展经历了哪几个阶段？
各个阶段的特点主要是什么?
答：
①DICOM是DigitalImagingandCOmmunicationofMedicine的缩写，是美国放射学会（AmericanCollegeofRadiology,ACR）和美国电器制造商协会（NationalElectricalManufacturersAssociation，NEMA）组织制定的专门用于医学图像的存储和传输的标准名称
②经历了ACR—NEMA1。
0和2。
0的版本到目前的DICOM3.0版本，标准的组成也在不断地加以补充。
ACR-NEMA1.0版本于1985年推出,随后增加了新的数据元素并对部分内容进行修改，形成2.0版本。
由于认识到标准对网络支持的不足和标准本身存在的结构性问题，ACR—NEMA结合当时的技术条件和方法对标准作了彻底的重新制定，在1993年正式公布了新的版本，命名为DICOM3.0。
与原版本相比，3.0版本采用了面向对象的分析方法，定义了医学图像在存储和通信过程中的各种实体和关系,提供了对ISO-OSI（Inter-nationalStandardOrganization—OpenSystemInterconnection）和TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）的支持，使得在医学图像应用层上可以与其它通信协议栈直接通信而不需要重新编写程序。
考虑到技术的发展，标准采用了多部分的文档结构,对可能变化或扩充的部分以附录的形式提供，这样标准在更新时涉及面可以尽量小.
54）简述DICOM标准的意义。
DICOM是随着图像化、计算机化的医疗设备的普及和医院管理信息系统，特别是图像存档和通信系统（PictureArchivingandCommunicationSystem,PACS）和远程医疗系统的发展应运而生的.当CT和MR等设
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