醫(yī)學影像后處理技術在X線影像優(yōu)化中的應用

1、醫(yī)學影像后處理技術在X線影像優(yōu)化中的應用摘要：本文從實際應用出發(fā)，在對X線影像成像成像特點、醫(yī)學影像增強技術的基本原理及相關算法進行系統(tǒng)分析、研究的基礎上，通過實例展示了對為肋骨骨折圖進行了逆灰度編碼處理的效果圖以及對乳腺癌病灶圖進行了偽彩色處理得到的效果圖。關鍵詞：醫(yī)學影像；后處理技術；偽彩色處理1X線影像特點X線影像的成像機理不同于一般的攝像圖像(利用物體對光的反射原理而形成的)，它是建立在當X線透過人體時，各種人體組織對X射線的不同吸收程度的原理上形成的。沿著X線傳播方向，X射線被吸收的程度是各種組織對X射線吸收的疊加，每個方向上組織的不同和組織個數的多少，都會影響X射線吸收程度?；诖?/p>

2、，所得的X線圖像是把三維結構的人體在二維空間中投影成像的技術，是人體內各層結構重疊后的圖像。正是由于X線影像的成像機理特殊性，以及人體結構和組織的復雜性，使得X線醫(yī)學影像表現為動態(tài)范圍寬、重疊度大、噪聲高、細節(jié)豐富、數據量大和對比度差等特點，從而增加了X線影像后處理的難度。2醫(yī)學影像增強技術簡介在分析和閱讀醫(yī)學影像時，影像的對比度、邊緣特征和信噪比等對病癥的正確診斷具有極其重要的意義。但是各類醫(yī)學影像在傳輸和轉換過程中會不同程度地受到損傷變弱、降質，為了提高影像的對比度、突出目標的輪廓、衰減各種噪音等，需要對影像進行增強處理。圖像增強(Imageenhancement)是利用各種數學方法和變換

3、，提高圖像中的對象與非對象的對比度與圖像的清晰度。這里，對象(Object)是指圖像中所含的需要尋找和研究的內容，如病灶、腫瘤、陰影等。圖像增強的目的是采用一系列技術去改善圖像的視覺效果或將圖像轉換成一種更適合人或機器進行分析處理的形式。通過處理設法有選擇地突出某些人或機器感興趣的信息，抑制一些無用的信息，提高圖像的使用價值。由于它是在不了解圖像降質的具體原因的情況下，用試探的方式對圖像加工，以改善圖像質量的，因此需要同時提供幾種方式以適應具體的圖像。3圖像增強技術分類根據圖像增強采用算法所屬技術范疇的不同，可將增強技術分為空域法增強和頻域法增強兩類13?？臻g域增強是指增強構成圖像的像素，是直

4、接對這些像素操作的過程。空域法基本上是以灰度映射變換為基礎的，所用的映射變換取決于增強的目的?？臻g域處理可以用下式來描述：g(x,y)=h(f(x,y)(1)式中f(x,y)是輸入圖像，g(x,y)是輸出圖像，定義在(x,y)某個鄰域的h是作用在f上的一個算子，它也能作用于一串輸入圖像。圖像增強的頻域法就是在圖像的某種變換域中(通常是頻率域)對圖像的變換值進行某種運算處理，然后變換回空間域。它是一種間接處理方法，我們可以用圖1來描述該過程。圖1頻域增強模型其數學描述如下：F(u,v)=Rf(x,y)(2)G(u,v)=H(u,v)F(u,v)(3)g(x,y)R-1G(u,v)(4)其中，R表

5、示某種頻域正變換，R-1表示該頻域變換的反變換。f(x,y)為原始圖像，F(u,v)為頻域正變換的結果，H(u,v)為頻域中的修正函數，G(u,v)是修正后的結果，g(x,y)是G(u,v)反變換的結果，即增強后的圖像。應該特別提及的是，圖像增強沒有通用的理論。增強處理后的圖像質量的好壞主要靠人的視覺來評定，而視覺評定是非常主觀的，因此不易定出一個通用的標準來比較算法的好壞。4偽彩色處理醫(yī)學影像大多是灰度圖像，如X線圖片、CT圖片、MRI圖片、B超圖片等。醫(yī)學影像的各灰度級都蘊含著豐富的信息，但人眼的生理特性決定著人眼對灰度的分辨能力較差，而對彩色的微小差別卻極為敏感。圖像的偽彩色處理就是把人

6、眼不敏感的灰度值信號映射為反應較為敏感的彩色信號，增強人對影像中細微變化的分辨力，以提高診斷的效果。目前，偽彩色技術已廣泛應用于各種醫(yī)學影像設備。實現灰度圖像的偽彩色有頻率域和空間域兩大類方法。頻率域中主要有頻率濾波法，它輸出圖像的偽彩色與黑白圖像的灰度級無關，而僅與黑白圖像的不同空間頻率成分有關，該方法能更好地提取圖像的頻率信息?？臻g域中實現醫(yī)學影像偽彩色增強的方法較為常用的有兩種：密度切割法和灰度級-彩色變換法。下面主要介紹這兩種方法。密度切割法密度切割法是偽彩色圖像處理中一種最簡單而又最常用的方法。它將圖像的灰度f(x,y)看作是坐標點(x,y)的一個密度函數，假設用一些和坐標平面平行的

7、平面切割此密度函數，即可將此圖像的灰度分成若干個區(qū)域。顯然如果將每一個區(qū)域分配給一種色彩，便可以將一幅灰度圖像轉換成一幅彩色圖像。該技術可總結如下：假設分別在灰度級g0,gi,gn-i處定義n個平面，令g0代表黑色，gn-i代表白色。這n個平面將灰度級劃分成n+1個區(qū)域，則灰度級到彩色的賦值根據如下關系進行：f(x,y)=ck若f(x,y)CR(5)其中Ck是被分層平面所定義的與第Rk區(qū)域有關的彩色。密度切割法中，可以人為地將不同灰度級設置為不同顏色，但當灰度級太多時，這種方法顯得太煩瑣?；叶燃?彩色變換灰度級-彩色變換是一種更為常用的方法，它比密度切割方法更易于在廣泛的色彩范圍內達到圖像增強

8、的目的。對于絕大多數的色彩都可以用三元色一一紅綠藍三色按不同比例進行組合而得到，因此我們可以把一幅圖像的每一點的像素按其灰度值獨立地經過三種不同色彩的變換，之后再將其合成而得到一幅含有多種色彩的圖像。彩色的含量由其各自的變換函數而定，在實際應用中這三個變換一般取同一類的函數。其變換過程如圖2所示：Lt力圖2灰度級-彩色變換流程圖經過偽彩色增強后的圖像的存儲格式與灰度級圖像的存儲格式相比要復雜?？紤]到通用性，可以選取位圖作為偽彩色增強后的圖像的存儲格式。由于根據一定的灰度級-彩色變換傳遞函數得到的調色板是相同的，因此對偽彩色增強圖像也可按照灰度圖像的方式進行存儲。當需要顯示日按照灰度級-彩色變換

9、傳遞函數生成并裝入調色板即可。實例3:偽彩色處理（圖3）（a）為肋骨骨折圖（b）逆灰度編碼處理圖（c）為乳腺癌病灶圖；（d）對圖（c）偽彩色處理得到的效果圖。圖3偽彩色處理效果分析比較圖（a）和圖（b）,經反色處理后，肋骨顏色由偏白轉向偏黑，更容易判斷病灶的位置；另外，若想觀察紋理結構，其逆灰度編碼影像比原圖更為理想?？梢姡琗線影像的反色圖從相反的視覺角度來觀察圖像，在某些場合可以達到特殊的效果；圖為乳腺癌灰度圖像，病灶處和正常紋理交織在一起，經過偽彩色處理后，通過顏色的差別，我們可以直觀地觀察病灶與紋理的情況，視覺效果比原圖明顯增強。X線影像大多是黑白圖像，而人眼分辨灰度級能力較差，分辨彩色

10、能力較強，經過偽彩色處理技術，提高了對圖像特征的識別。通過大量實驗，我們發(fā)現，對某些X線影像如果在做偽彩色處理之前，做預處理，使圖像灰度分布合理，細節(jié)突出，則更能加強增強效果，部分影像經過處理后還可以顯現隱性病灶?？偨Y醫(yī)學影像增強的目的就是為了提高圖像的質量，增強其視覺效果。其方法主要包括對比度增強、平滑、銳化、偽彩色增強等。通過大量的實例驗證，各種增強方法都有其優(yōu)缺點，也不存在一種對所有影像都適合的增強方法。因此，用同一種后處理技術去處理所有的影像顯然是不恰當也不理想的。我們必須從成像目的、影像的特點和各種增強方法的自身特性出發(fā)，選擇合適的增強方法，有必要時，可以把幾種增強方法結合起來，使它們取長補短，更好地顯示影像的特征，得到好的增強效果。參考文獻.沈國光.X線影像診斷技術的發(fā)展J.中國醫(yī)學影像技術,2000,16（7）:607-608.徐躍.醫(yī)學影像設備學M.北京:人民衛(wèi)生出版社，2002:224-255.陳志輝，金德勤.X線平片信息數字化技術J.醫(yī)療設備信息，2004,19):39-41.武華，