基于小波變換的不同影像設(shè)備肺部DR圖像的物理特征研究

杜 菁賀 文

基于小波變換的不同影像設(shè)備肺部DR圖像的物理特征研究

杜 菁①賀 文②

在臨床應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)不同的設(shè)備配有不同的圖像后處理軟件，因此在使用操作、處理效果上存在明顯的差異。以數(shù)字胸片為主要研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行小波變換,根據(jù)不同通道的子圖像提取紋理和能量特征，進(jìn)行物理特征分析，對(duì)比不同設(shè)備所產(chǎn)生的DR圖像在主觀觀感上的特點(diǎn)。

圖像處理；DR系統(tǒng)；灰度直方圖

[First-author's address]College of Bioengineering, Capital University of Medical University, Beijing 100069, China.

1 引言

圖像的紋理不僅反映了圖像的灰度統(tǒng)計(jì)信息,還反映了圖像的空間分布信息和結(jié)構(gòu)信息。作為描述紋理的有效方法,空域和頻域分析方法被廣泛應(yīng)用，小波變換更是提供了對(duì)圖像進(jìn)行時(shí)頻局部分析和多尺度分析的手段[1－2]。

對(duì)于不同解剖部位的醫(yī)學(xué)圖像,生理、病理信息在視覺(jué)上存在很大差異,臨床診斷中所依賴的影像學(xué)知識(shí)也不一樣。數(shù)字化放射影像(digital radiography,DR)系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有數(shù)字影像后處理digital image processing)功能,通過(guò)調(diào)節(jié)圖像動(dòng)態(tài)范圍、細(xì)節(jié)對(duì)比度、空間分辨率和圖像噪聲,使診斷信息得以突出顯示。本文中以數(shù)字胸片為主要研究對(duì)象。

臨床應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)不同的設(shè)備對(duì)圖像的處理效果不同。數(shù)字胸片的后處理軟件通常是與相關(guān)廠商的影像設(shè)備配套的，即不同的設(shè)備配有不同的圖像后處理軟件，這些軟件在使用操作、處理效果上存在明顯的差異。

通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行小波變換,再對(duì)不同通道的子圖像提取紋理特征和能量特征,對(duì)比分析不同設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字胸片圖像的物理特征及其在主觀觀感上的特點(diǎn)[3－4]。

2 小波分解及多分辨率分析

小波分析自80年代創(chuàng)立以來(lái)發(fā)展迅速，由于它具有良好的時(shí)頻局部特性，而在圖像處理中被廣泛的應(yīng)用。

小波函數(shù)可以看成是一個(gè)帶通濾波器的沖激響應(yīng)[5－6],小波變換則是將原始信號(hào)用一組不同尺度的帶通濾波器進(jìn)行濾波,將信號(hào)分解到一系列頻帶上進(jìn)行分析處理。

有研究表明,在人的視覺(jué)系統(tǒng)的初級(jí)部分中至少包含7個(gè)不同頻帶的空間頻率通道, 每個(gè)通道相當(dāng)于一種濾波器,每個(gè)濾波器只允許一定范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò),這與小波的多尺度、多通道信息處理很相似[7－8]。

在數(shù)值計(jì)算中，需要對(duì)小波變換的尺度因子、位移因子進(jìn)行離散化，運(yùn)用離散二進(jìn)小波（DWT）可以對(duì)圖像進(jìn)行多頻道、多分辨率分析[9－11]。在二維情況下，每一濾波器都是一個(gè)二維沖激響應(yīng)，輸入是圖像上的帶通濾波器，濾波后的圖像疊層組成了小波變換。

基本小波通過(guò)伸縮構(gòu)成一組基函數(shù)，在大尺度上，膨脹的基函數(shù)搜索大的特征，而在較小的尺度上，尋找細(xì)節(jié)信息[12]。

3 基于離散小波變換的特征提取

3.1 特征值的計(jì)算

本文首先采用了金字塔結(jié)構(gòu)的哈爾小波變換,將圖像分解成一系列對(duì)數(shù)帶寬相同的頻道，而后遞歸分解通道低頻部分以生成下一尺度的各頻帶輸出,而不分解其它通道（如圖1）。其中的雙低頻子帶aLL進(jìn)行DWT變換。

圖1

分別針對(duì)aLL、Dhh、dLH、dHL計(jì)算其能量值：

其中：n為感興趣區(qū)域中的像素個(gè)數(shù)。

3.2 數(shù)字胸片數(shù)據(jù)的獲取

選取不同設(shè)備的DICOM原始圖像各52張，設(shè)備參數(shù)為：設(shè)備A為Philips公司DR系統(tǒng)digital diagnosis release1.3, 140 kv,0.85 mAs, Exposure index250,Imaging plate 43 cm×43 cm, Matrix size3000×3000, Gray level 14 bit；設(shè)備B為Kodak公司DR3000,130 kV, 1.0 mAs,Imaging plate 43 cm×43 cm, Matrix size3000×3000, Gray level 14 bit。

分別使用設(shè)備所帶后處理軟件對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，再得到DICOM圖像52張，后處理軟件參數(shù)的設(shè)置均為默認(rèn)設(shè)置。圖形傳遞至EBM公司的圖形存儲(chǔ)傳輸系統(tǒng)，然后以DICOM3格式輸出。

3.3 感興趣區(qū)域的選取

肺野區(qū)域主要由肋骨、肺實(shí)質(zhì)和肺紋理組成，動(dòng)態(tài)范圍涉及骨骼至空氣，肋骨邊緣信息主要在高頻區(qū)域，肺實(shí)質(zhì)和肺紋理則集中在中、低頻區(qū)域，確定特征區(qū)域，要包括上述結(jié)構(gòu)反映。

選取右胸第四、五肋骨間的區(qū)域，其中1/3覆蓋肋骨上緣，余下2/3覆蓋肋間隙的肺野。

3.4 圖像的預(yù)處理

表1 數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果

將兩臺(tái)設(shè)備所生成的DICOM圖像，使用同一程序轉(zhuǎn)換為BMP圖，并按照未經(jīng)后處理軟件處理的圖像和經(jīng)過(guò)處理的圖像分成兩組。預(yù)處理后得到有效數(shù)據(jù)為：原始圖像A、B設(shè)備各50例；處理后圖像A設(shè)備為48例；B設(shè)備52例。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

分別計(jì)算不同設(shè)備兩組圖像的各分頻段的能量值。并應(yīng)用SPSS 13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果如表1：

其中除處理后圖像的雙高頻一組外，P值均大于0.05，即符合正態(tài)分布。符合正態(tài)分布的各組數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，不符合正態(tài)分布的處理后雙高頻組進(jìn)行秩和檢驗(yàn)，結(jié)果如表2：

表2 檢驗(yàn)結(jié)果

不同設(shè)備的圖像在雙低頻段，原始圖像的雙低頻部分的能量是無(wú)差異的，處理后二者有了明顯的差異。說(shuō)明兩種設(shè)備的圖像經(jīng)處理后，圖像的平滑度發(fā)生了變化，A設(shè)備的平滑程度更好。

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Analysis of physical characteristics of DR images from different DR systems based on wavelet transform texture

DU Jing, HE Wen

As an important instrument in clinical application, DR (digital radiography) system has become the most popular and significant method in physical examination. The image processing system which the DR system has may cause different results of seeing. The reason for which is that the image processing system depends on the DR system itself, which comes from different providers. This article is mainly about the analysis of characters of the images from different DR systems.

Image processing, DR system, Histogram

1672-8270(2010)06-0018-03

TH 774

A

杜菁,女,(1967- ),碩士研究生，副教授,現(xiàn)就職于首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院信息技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，主要研究方向：醫(yī)學(xué)圖像處理、多媒體技術(shù)。

2010-02-29

①首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 北京 100069

②首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科 北京 100050

China Medical Equipment,2010,7(6):18-20.