随着医学技术的发展,越来越多图像后处理技术出现,大多用于优化X射线影像。有研究表明,后处理技术处理图像具备更强视觉效果及更高质量,然而,任何影像后处理技术都有其优缺点。为发挥其在优化X射线影像中作用,要基于原始图像,从成像目的、影像特征、处理后方法特点入手选用合适技术,必要时甚至可结合多种后处理方法,以便更好显示影像特征,并获得最佳效果。
一、医学影像后处理方法分类
医学影像后处理是医学影像检查后再加工所得影像,用于分析、鉴定、分割、分类和解释,以确定需增强部分或提取特征等,帮助医务人员仔细分析病人情况,提供更精确客观诊断依据。
1、直接处理。影像学检查完后,随机软件直接用于影像学设备的后处理为直接处理。如CT、MRI机执行血管成像、3D重建等,不能改变,操作员只能在处理中积累经验,某种程度上处于被动状态。
2、脱机应用工作站处理。获得的医学影像学图像经脱机传至工作站,或胶片通过扫描仪数字化后进行后处理。如配准与融合多模图像,使用专用软件分割图像及自动识别等。通过脱机处理影像,可按需要与处理目的开发不同新软件,其开发潜力大,将成为医学影像后处理主要方法。
二、医学影像后处理技术分类
科技和影像学发展解决了医学影像后处理问题,并展示了应用价值。完成影像分析后,医务人员能详细深入分析病情,提高诊断精度,为后续治疗提供有效参考。
1、影像增强技术。使用设备得到的医学影像包括X线片、CT片、B超、MRI等,均为灰度图像。对于丰富经验专家,能从图像中获得患者信息。然而,因成像设备与条件影响,医学影像质量会退化;即使得到高质量影像材料,对于经验不丰富人员,难以获得病人信息。所以增强技术可用来获取医务人员能接受信息,主要增强信噪比,强调感兴趣区域或边缘,为进一步分析计算提供基础。
2、影像分割技术。临床实践研究常需测量人体组织与器官形状、边界、截面面积和体积,以获得其病理或功能相关信息。精确测量对诊断治疗疾病临床意义重大,如一定时间内测量同一种和某疾病有关组织体积,获得病情发展信息,或作为监测治疗效果方法。肿瘤临床研究常用肿瘤收缩程度及时间评估治疗效果,把其精确量化值用于测度疗效。并且对不同医学影像间配准、血细胞识别分类、图像引导手术等要求精确定位与计算组织成分位置及大小。正确人体组织分类能为临床组织病变提供辅助诊断基础,重建三维影像及医学影像可视化。因其成像原理及组织特征差异,以及噪音、磁场效应、局部体效应等影像的形成,医学影像具有模糊和不均匀性。并且人体解剖学与形状复杂,人类之间差别大,所以一般图像分割对医学影像分割效果不理想。除一般分割技巧外,还应与医学领域知识相结合,以合理分割。尽管存在许多分割算法,但未完善,所以其研究仍是医学影像处理分析热点。
3、影像配准与融合技术。不同医学影像成像方式影响包括病理、生理、解剖或功能等信息。为提高诊断可行性与效率,计算机图像处理包含不同信息医学影像的人工综合,即配准与融合。对不同来源影像配准后相融合,形成多模式图像,精准全面评价临床诊疗、治疗方案、疗效等。如将分辨率最高、最佳钙化和骨质结构CT与软组织分辨最高的MRI,或将清晰解剖结构CT或MRI与显示及代谢变化的SPECT或PET影像融合,形成新图像,增加价值信息,精确定位病灶,或直观表明形态结构,使医务人员从代谢与心理学充分判断病灶。
4、医学影像可视化。可视化是医学影像后处理中重要且有价值部分,即通过提供传统方法无法获得结构信息,以CT、MRI等技术得到的信息在计算机上直观表现为三维效果,应用价值高。当前影像诊断中,医生经观察CT、MRI二维切片图像发现病变体,取决于其丰富经验,基于影像定性分析。该技术能从二维影像中获得三维结构信息,为医生提供更现实手段及定量分析,医生在不同的角度、层次上观察分析,更好更准观察病人病变,以便医生有效参与数据处理分析过程,提高医疗诊断准确性与科学性。其作为强大辅助工具能弥补设备不足,并在医生诊断、手术模拟、治疗等中起着重要作用。此技术取得了较大发展,在医学诊断与临床治疗中被广泛使用。相信随着计算机技术的发展,医学影像可视化技术将在医学上占据重要地位。
5、医学影像压缩。随着远程医疗及数字信息化发展,尤其是基于计算机网络的医学存档和传输系统的使用,医疗影像压缩已成为迫切需解决问题。高分辨率、多级量化特征决定了PACS数据存储量大。大量影像数据构成了存储、传输和技术严重问题。所以减少医学影像存储空间,降低传输负担,提高压缩质量,寻找有效压缩算法,成为医学影像和医疗发展关键。
三、医学影像后处理技术在X线影像优化中的应用
1、对比度增强。其方法包含灰度变换法、直方图修正法,其中,前者把一段灰度直线性或非线性值映射至另一段灰度的值,线性拉伸经公式扩大到整个动态过程及范围。非线性拉伸意味着扩展及拉伸某部分灰度值,不是拉伸整个灰度值,对此,其它区域灰度值会变化,压缩自身。后者意味着经一定方法改变灰度级以达到某方面要求,能更均匀分布灰度,使图像更清晰。
2、图像平滑。因成像方法和设备等因素,医学影像成像时必然会受到噪声污染,为消除污染,要对图像进行平滑处理。图像平滑包括低通与中值滤波法、邻域平均法。其中,邻域平均法是一种常见方法,其灰度值是将像素周围灰度平均。通常像素点越多最终平滑效果越好,但其图像会模糊,对此需考虑如何确保轮廓一致,并使整体不那么模糊。中值滤波法经排序空间内值,再将排序中间值输出获得最终结果,其能提高运算速度,以更好处理。低通滤波要保留好低频分量,抑制一些高频分量,消除噪音,达到平滑效果。
3、图像锐化。其是为减少图像模糊度,使轮廓更丰满,尽量显示原样子及更清晰。通常图像锐化方法包含高通滤波法与微分法,其中,前者意味着高频分量顺利通过,抑制低频分量,使图像边缘清晰。后者是经求像素灰度值变化率处理,增强图像边缘。
4、伪彩色处理。大多X线影像是灰度图像,包含大量信息,但人眼无法识别灰度,对彩色差异鉴别较敏感。一些伪彩色处理能将不敏感信号(如灰色信号)转化为彩色信号,提高人的辨别能力,提高医务人员诊断客观性。伪彩色方法包含频率域、空间域。在频率输出时产生的图像与灰度级无关,只与黑白图像产生空间频率成分有关。
①密度切割法。处理伪彩色图像时,密度切割是一种简单方法,将图像灰度看作坐标密度函数,经平面密度切割密度函数,将图像灰度转换成几个不同区域。将其配不同颜色,使图像具备层次性色彩。
②灰度-彩色变换。此方法较常用,有效增强图像,达到预期效果。彩色通常能用红绿蓝混合,以达到不同变换效果。图像中彩色量由函数决定。通常,该方法函数的调色板一致,所以伪彩色增强图像能经灰度图像存储。
总之,医学影像后处理是实用技术,是计算机科学临床影像领域最广泛应用技术之一。X射线影像是目前临床诊疗中最常见医学影像,若能将其与医学影像后处理相结合,则能增强X射线影像应用效果。
参考文献:
[1]胡鑫.影像后处理技术的主要类型及临床应用分析[J].东方食疗与保健,2017,15(06):243.