医学是关系到千千万万人的身心健康的应用学科,医学的发展水平体现了一个国家的人民生活标准,代表了一个国家的综合国力。自古以来,我国传统医学讲究“望、闻、问、切”这些最基本的手段,但是自伦琴年发现射线以来,开创了对人体内部器官进行影像诊断的新纪元,产生了种类繁多的医学图像,医学的诊断方式发生了翻天覆地的变化。现代医学已经越来越离不开医学图像的信息处理,医学图像在临床诊断、教学科研等方面正发挥着极其重要的作用。

目前,医学图像的种类很多,包括B超图像、磁共振(MRI)图像、CT图像、DSA图像、PET图像、SPECT图像、数字X光机图像、X射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。

简介

DSA是指数字减影血管造影。过去采用光学减影技术可部分消除骨骼和软组织的重叠图像,使血管显影变得较为清晰。则是利用计算机处理数字化的医学图像信息,以消除骨骼和软组织图像的减影技术,是新一代血管造影的成像技术。主要用于全身各部位血管的检查、诊断和治疗。

DSA技术是常规血管造影术和计算机处理技术相结合的产物,其大致过程简言之为X线穿过人体各解剖结构形成荧光影像,经影像增强器增强后由电视摄像管采集而形成视频影像,通过模数转换形成数字图像,这些数字信息输入计算机后,再经减影、对比度增强等处理,产生数字减影图像。

数字减影血管造影的方法有几种,如时间减影、能量减影和混合减影等,但目前最常用的还是时间减影法。经导管内快速注入有机碘水造影剂,在造影剂到达欲查血管之前,血管内造影剂浓度处于高峰和造影剂被廓清这段时间内,对检查部位连续成像。在所得的这一系列图像中,

取一帧血管内不含造影剂的图像和含造影剂最多的图像,用这同一部位的两帧图像的像素数字矩阵,经计算机进行数字减影处理,使两个数字矩阵中代表骨骼及软组织的数字被抵消,而代表血管的数字则被保留下来。这样,在这个经计算机减影处理后得到的图像中,没有骨骼和软组织的图像,只有血管图像,从而达到更好地显示血管的目的。这两帧图像称为减影对,因为是在不同时间所得,故称为时间减影法。

目前临床上DSA应用很广,尤其是近年来兴起的介入放射学的普遍开展,DSA己成为介入性诊断和治疗中不可缺少的基本工具。

DSA图像的特点

“有用“的信息就是血管的信息

DSA图像增强的目的是突出图像中的“有用”信息,然而“有用”信息是个模糊的概念,对不同的图像有不同的含义,应作具体分析。DSA图像中有血管、骨骼和软组织等信息,它们的影像交织在一起, DSA图像是用来检查和治疗血管的,所以图像中的“有用”信息当然是血管的部分,但血管的信息只占一小部分,骨骼和软组织影像的存在使血管显影不清晰,干扰了医生进行观察和诊断。所以图像最主要的处理就是消除骨骼和软组织的阴影,去掉大部分的背景,这就需要做减影。

一个文件包含多帧图像

医学图像有单帧和多帧之分,DSA是多帧图像的代表。DSA拍摄时一次连续拍摄多帧,一般要连续采样20次以上,也就是要产生20多帧图像。DSA图像记录是的含有造影剂的血液流过观察部位血管的动态过程,这就类似于拍摄电影。因而DSA图像的一个常用处理就是进行连续播放,再现这个过程。拍摄完毕把这些图像封装在一起,形成一个DSA图像文件。

像素深度大

DSA是灰度图像,但与一般灰度图像不同之处是它的像素深度很大。像素深度是指存储每个像素的灰度值所占用的二进制位数,DSA图像的深度一般都大于8,达到12甚至更大。我们都知道,一般的显示器只支持深度为8的像素灰度级信息,即0一255的灰度级范围。图像灰度范围是远远超过显示器可显示范围的,直接显示肯定不行,必须进行一定的处理和转换。

增强方法的选择

根据医学图像的特点,并考虑医学图像处理的要求,我确定了三条原则,用来对图像增强方法进行选择,筛选合适的增强方法来增强DSA医学图像。

尽量减少对图像细节信息的破坏

对医学图像来说,细节信息是非常重要的。医生就是根据图像上的这些细节来确定该部位是否有病变,如果有病变的话,那么发展到了什么样的程度,等等。医学图像的数据一般都是很敏感的数据,关系到病人的健康甚至生命,处理时尽量减少对医学图像细节信息的破坏。在DSA图像中,有很多较细的血管,如果对其粗细判断偏差较大,介入插管时就可能有危险。图像增强中有一类空域滤波方法,它是基于领域处理的, 对图像细节的影响较大,不适合用于DSA医学图像的增强。平滑、锐化等常用方法都属于这一类,医生们在显示工作站中是否引入这些较高级的图像处理算法原本就有争议,根据这一原则,不建议采用这些方法。

时间效率上能够接受

DSA的处理临床上有时是在边手术时边进行的,所以对实时性的要求是比较高的。然而医学图像的数据量太大,这是一个制约因素。基于频率域的增强方法要使用两次傅立叶变换,计算量太大,时间效率上不能接受,无法满足需要,不宜采用。

考虑线成像中存在的一些问题,进行相应的弥补

X线成像由于技术的原因会产生一些问题,如图像不一致的问题和灰度范围狭窄的问题等。不一致是指同样质地的组织往往在图像上表现出明显的差异,使得看起来不像是同样的组织。可以考虑采用一定的方法进行相应的弥补。例如可用对数变换减轻不一致的问题,灰度范围狭窄可进行对比度拉伸、加窗显示技术等进行改善。

由以上这三条原则,我选择了减影、对数变换、帧叠加技术、加窗显示技术、伪彩色增强和单闭值分割等方法来对DSA医学图像进行增强处理。