医学图像后处理技术

第10章医学图像后处理技术1.图像的调用在查询对话框中，多种条件中进行组合查询10.1.1图像的调用与观察•查询条件设置完成后，选择“查询”按钮，在屏幕上会显示所有满足条件的患者影像信息，此时还可以分别依据详细资料与大图标两种方式进行查看，•然后用鼠标选择欲处理的患者影像，双击鼠标即可进入图像后处理软件界面以进行下一步的后处理操作。2.图像查看方式•选择屏幕上方或者左侧工具栏上“页版式”命令设置图像查看方式，即在屏幕上显示不同数量的连续CT影像。•选择屏幕上方工具栏中的“全屏”命令将某幅感兴趣的CT图像在整个屏幕上，•选择菜单上的“信息”命令以去掉图像上的文字信息利于更好的观察图像3.图像的定位线标识•选择屏幕上方工具栏中的“定位线”命令可以将人体组织与器官的平片图像与横截面图像有机结合进行观察。•图像的定位线标识功能可以使临床医生能够直观地获得每一幅图像的空间扫描位置。几何变换包括缩放、旋转、镜像、平移、定位、裁剪等功能。•图像的放大与缩小•放大功能用于局部细致观察病变的形态结构，通常病变太小，肉眼可能难以分辨出来•缩小功能主要用于要观察病变整体形态10.1.2图像的几何变换2.图像的旋转•图像的旋转功能是指为符合医生的常规观察习惯而对图像进行的角度变换•通过屏幕左侧工具栏的左旋、右旋与翻转命令对图像做向左或向右不同角度的旋转。原始图像图像旋转图像翻转1.图像平滑图像在采样与传输过程中，由于传输信道、采样系统质量较差，或受各种干扰的影响，而造成图像毛糙，此时可以对图像进行平滑处理。图像平滑处理也称为图像均匀处理，处理的原则是通过混合选区中像素的亮度来减少图像的杂色，即搜索像素选区的半径范围以查找亮度相近的像素，扔掉与相邻像素差异太大的像素，并用搜索到的像素的中间亮度值替换中心像素10.1.3调整图像显示效果•图像平滑处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“均匀”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像平滑效果。2.图像锐化图像经转换或传输后，质量可能下降，难免有些模糊。可以对图像进行锐化，加强图像轮廓，降低模糊度，使图像清晰。锐化的原则是按指定的阈值查找值不同于周围像素的像素，并增加像素之间的对比度。因此，经过图像锐化处理后，较浅的像素变得更亮，较暗的像素变得更暗，•图像锐化处理的操作方法是选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“锐化”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像锐化效果。3.浮雕效果图像后处理过程中，还可以通过调节浮雕效果以满足对图像轮廓与边界的特殊观察选择后处理软件左侧工具栏中的“滤镜”按钮，在弹出的“滤镜”对话框中选择“浮雕”滤镜，并可以通过对强度的调节与对预览窗口中图像的观察来选择最适合的图像浮雕效果。4.图像的负片图像的负片是经曝光和显影加工后得到的影像，其明暗与被摄体相反。负片需经印放在照片上才还原为正片。在X光成像中，影像的明暗常与透过光的多少有关，透过多的则黑，少的则白。通常在冲洗后的X光片上显示的黑白图象称为正片，而在透视上图象的黑白度将与X光照片相反，叫负片。负片适用于观察肺内的血管或者小的高密度病灶等结构。•选择需要进行反相处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“反白”按钮，就可以对反相后的图像效果进行观察。5.图像增强利用图像增强技术可以有效地突出图像的细节，改善图像的视觉效果，方便特征的提取。目前图像增强技术主要应用在X射线图片和CT影像等的处理。图像边缘增强的原则是：将选择好的图像感兴趣区域或边缘的像素值重新计算，得出一个新像素值，它所表示的灰度值与原像素值有明显的差异，如果像素的灰度显示为白（或亮），那么，新像素的灰度则显示为更白。反之，如果原像素的灰度值显示为黑（或暗），那么，新像素的灰度则显示为更黑。•图像增强的作用是把人眼难以辨认的区域或轮廓增强，使其能清晰的显示毗邻的解剖关系或细微的组织结构，有利于发现细微病变。6.伪彩色处理伪彩色技术是对原图进行预处理，识别出属于不同性质的区域并赋予不同的色彩。伪彩色技术的原理是由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力强，因此把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率。从灰度图像生成一幅彩色图像可以仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我们会想到蓝色（冷色调），当温度较高的时候，会想到红色（暖色调）。可以根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射为蓝色、亮度高的影射为红色进行伪彩色处理。•在图像后处理软件中，实现伪彩色的操作方法是选择需要进行处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中的“伪彩”按钮，在弹出的“动态影射”对话框中使用调色板与颜色掩码进行设置与观察•伪彩色技术不仅应用于CT图像，还可以应用于X光片、MRI、PET等诸多种类医学图像后处理技术中。如图，显示的是头部MRI伪彩色图像，其中a图显示的是头部MRI-T2WI像，b图与c图分别将不同的头部结构用不同的色彩表示，使结构观察更加清晰。acb•胸部X光片伪彩色图像，其中a图显示的是胸部原始图像，b图与c图为伪彩色图，增大了不同的结构间对比度，有利于观察与诊断。abc•胸部CT片伪彩色图像，其中a图为CT原始图像，b图为骨骼伪彩色增强图像，c图为软组织伪彩色增强图像，d图为肺组织伪彩色增强图像，e图为最终图像。acbde1.调窗技术的应用在X射线检查中，以胸部X平片为例。如果感兴趣区在肺部，可缩小窗宽，调整窗位使肺纹理结构与肺野有良好的对比度，细节显示清晰。此时纵隔结构、心影重叠结构因亮度过高而细节显示不良。反之，如感兴趣区位于肋骨、胸椎，则可适当增大窗宽，连续调整窗位，使感兴趣部位的细节显示良好。在CT检查中，窗宽是CT图像上显示的CT值范围。通常在CT值范围内的组织和病变均以不同的灰度显示，CT值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，无灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，无灰度差别。增大窗宽，则图像所示CT值范围加大，显示具有不同密度的组织结构增多，但各结构之间的灰度差别减少。减小窗宽，则显示具有不同密度的组织结构减少，然而各结构之间的灰度差别增加。10.1.4窗宽与窗位2.调窗技术的操作方法在图像后处理软件中，调节窗宽与窗位方法包括如下两种：（1）选择需进行调窗处理的图像，然后选择后处理软件左侧工具栏中“窗”按钮，在弹出的脑窗、肺窗、骨窗、纵隔窗、软组织窗中进行选择。（2）选择屏幕上方工具栏中“调窗”按钮，并使用鼠标在图像上拖动直接进行调窗操作。图像测量主要目的是从图像中提取出对临床诊疗有用的定量信息。在二维图像中，可以测量距离、面积、角度并统计密度分布，如均值、方差和中值等信息；在三维图像模型中，可以测量两点间距离、曲线长度、角度、表面积和体积等信息。图像测量的方法是：选择图像后处理软件菜单栏上“标识/测量”命令，屏幕左侧工具栏变成图像标识与测量的相关选项。10.1.5图像测量1.长度与角度测量选择测量起点，移动鼠标至测量终点，再次单击，在屏幕上显示测量结果。长度测量用于病变大小，深度等的测定。同样方法可以对角度进行测量，在屏幕上显示测得的角度值，角度测量通常用于病变与周围组织的关系测定和确定手术方案，如图的是对头部CT的长度与角度的测量结果。在影像后处理工作站中，还可引入骨科模板，帮助医生进行手术计划。如在髋关节手术规划中通过测量长度，角度，放入模拟钢针并且可以计算钢针大小，形态，放置位置等重要手术参数2.周长与面积测量病灶区的周长和面积同样具有诊断价值。在图像后处理软件中选择“测量周长及面积”按钮后，在被捕获图像上测量起点按下鼠标左键圈出欲测量周长及面积的区域，移动鼠标至测量终点，松开按下的鼠标左键，在程序提示条中即可显示被测区域的周长及面积，如图，在心脏彩超中，周长与面积的测量常用于判断器官的狭窄扩张，血液反流面积等病变。3.宽度与容积测量宽度测量主要用于对心肌缺血，心肌梗塞的诊断。如左图，显示的是冠脉血管造影图像中对血管狭窄程度的测量，通过测量冠状动脉宽度，判断有无动脉狭窄导致缺血改变。容积测量常用于心脏分析功能，如右图，通过测量不同时间的心腔容积，计算出心腔体积变化，判断心脏射血的能力。4.平均密度值测量平均密度值测量主要应用在CT图像诊断，单位使用CT值（HU），表示的是测量面积内的平均密度值。通常CT图像与X光图像都可以用不同的灰度来表示密度高低，吸收X光多的人体器官和组织密度高，图像呈白色，反之则呈黑色。图像的黑白度反映的是器官和组织对X线的吸收程度，黑影表示低吸收区，即低密度区，如肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。平均密度测量在确定病变性质，组织类型等诊断中起着非常重要的作用。左图显示在头部CT测量中，测得头部的距形面积及平均密度值为：面积Ar为5009，平均密度值为31HU，SD密度均方差为8.3；右图显示测得头部的不规则形状面积及平均密度值是：面积Ar为4283，平均密度值为32HU，SD密度均方差为7.3。二维重建技术主要应用于多层螺旋CT设备，是图像后处理功能中最常用的方法。二维重建技术实现的方法是：在横断面CT图像上按要求任意划线，然后沿该划线将横断面上的二维体积层面重组，即可获得该划线平面的二维重建图像。其中螺旋扫描时的层厚和螺距对多层面图像重建的图像质量有明显的影响，层厚越薄，重建图像越清晰；层厚和螺距选择不当，较易造成阶梯状伪影。二维重建技术主要包括多平面重建（multipleplanarreformatting，MPR）、曲面重建技术（curvedplanarreformations，CPR）与计算容积重建（calculatevolumereformatting，CVR）三种。10.1.6医学影像二维重建技术1.多平面重建（MPR）多平面重建（MPR）是通过原始的横轴位图像（薄层）的容积采集获取数据，经计算机后处理后获得人体组织器官任意的冠状、矢状、横轴、和斜面的图像。如MPR重建图像所示，4张图片为是胸腹部各个方位的MPR重建图象，上面2张图片为胸腹部冠状位软组织窗CT重建MPR图，下方左图是矢状位软组织窗CT重建MPR图，下方右图是斜位骨窗CT重建MPR。这样可以从多个角度观察病变的形态，位置及妣邻关系。2.曲面重建技术曲面重建技术（CPR）是MPR的一种特殊方法，适合人体一些曲面结构器官的显示。CPR与MPR的区别在于一个是表面平整的平面图，一个是表面不规则的平面图。如图，左图上的虚线是主动脉曲面重建的兴趣区，右图显示的血管即是沿虚线重建出来的血管形态。3.计算容积重建（CVR）计算容积重建（CVR）是MPR的另一种特殊方式。它是通过适当增加冠状、矢状、横轴面和斜面图像的层厚，以求能够较完整地显示与该平面平行的组织器官结构的形态，如：血管、支气管等，同时也可以增加图像的信噪比。10.2医学影像三维可视化医学图像的三维可视化是指利用一系列的二维切片图像重建三维图像模型并进行定性、定量的分析，为医生提供器官和组织的三维结构信息和分析工具并辅助医生对病变体及其它感兴趣的区域进行定性与准确的定量分析，提高医疗诊断的准确性和正确性。四个步骤：1.数据获取，通过医学成像设备（CT、MRI、超声等）对人体进行扫描而得到一组二维断层图像；2.可视化预处理，将某些断层图像中的噪声进行滤波以提高信噪比。对三维体数据中包含的不同对象进行选择，并实施缩放、平移、旋转、删除、改变其物理属性（颜色、透明度、发射系数等）、剖切等操作，其中对数据正确的分类与分割是对病变体或器官做定性与定量分析的基础，也为后续的可视化做必要的数据整理与准备工作；3.三维建模过程，完成将三维体数据变为几何数据（物体表面的几何描述）的功能；4.绘制过程，一种是面绘制，采用计算机图形显示算法对三维模型重建出的物体表面进行显示；另一种是直接对三维体数据进行显示，称为直接体绘制。10.2.1三维重建的过程表面重建又称为表面阴影遮盖成像（shadedsu