數(shù)字濾波技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像去噪中的應(yīng)用

摘要：針對(duì)數(shù)字濾波技術(shù)，對(duì)其在醫(yī)學(xué)圖像去噪中的應(yīng)用問題進(jìn)行闡述。先分析了圖像噪聲的相關(guān)信息，包括圖像噪聲的含義、圖像噪聲的分類等；再對(duì)數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)行分析和闡述；最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)字濾波在醫(yī)學(xué)圖像去噪中的應(yīng)用方法進(jìn)行分析，以進(jìn)一步加深相關(guān)人員對(duì)數(shù)字濾波技術(shù)的認(rèn)識(shí)，為全面強(qiáng)化醫(yī)學(xué)圖像去噪水平奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字濾波技術(shù) 醫(yī)學(xué)圖像去噪 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0115-02

在醫(yī)院醫(yī)療工作中，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的重要組成部分，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)水平對(duì)醫(yī)院醫(yī)療工作的開展情況產(chǎn)生重要影響，這就要求相關(guān)人員在工作中，能密切關(guān)注有關(guān)醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量問題，為提高醫(yī)療工作水平奠定基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)圖像噪聲一直是影響圖像質(zhì)量的重要因素，這就要求相關(guān)人員在處理醫(yī)學(xué)圖像中，能積極采用先進(jìn)的技術(shù)，以進(jìn)一步提高醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量。本文將以此為背景，對(duì)數(shù)字濾波技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像去噪中的應(yīng)用方法進(jìn)行研究。

1 醫(yī)學(xué)圖像與圖像噪音研究

1.1醫(yī)學(xué)成像噪音的含義與分類

在有關(guān)醫(yī)學(xué)成像噪音問題的研究中，可以從以下兩方面對(duì)其進(jìn)行分析，一方面以人的感官角度為核心，在充分了解人感官特征的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)了圖像噪音是影響人感覺器官所造成的影響，最終導(dǎo)致對(duì)圖像化的判斷出現(xiàn)誤差；另一方面主要是從數(shù)學(xué)角度進(jìn)行分析，這種方法將圖像信息定義為空間函數(shù)f，則圖像噪聲就是會(huì)使該圖像退化的因素，就是受噪音的影響圖像退化為f，其表達(dá)關(guān)系式為：

在上述關(guān)系式（1）中，n代表噪音系數(shù)。

按照噪音產(chǎn)物的物理因素進(jìn)行劃分后，可以對(duì)其做進(jìn)一步劃分，如表1所示。

1.2 典型醫(yī)學(xué)圖像噪音分析

（1）超聲圖像噪聲。超亨圖像噪聲的產(chǎn)生主要受到超聲波的脈沖回波原理影響，在超聲波在人體體內(nèi)進(jìn)行傳播時(shí)，其在人體內(nèi)的不同組織所產(chǎn)生不同的折射與反射，最終導(dǎo)致出現(xiàn)不同強(qiáng)度的回波信號(hào)，并且在收集這些回波信號(hào)后，能轉(zhuǎn)化為不同強(qiáng)度的電信號(hào)參數(shù)，最后在顯示電路的作用下成為灰度不同的圖像信號(hào)。同時(shí)在超聲成像過程中，由于散斑噪聲廣泛存在，這些都會(huì)對(duì)成像產(chǎn)生不良影響。這是因?yàn)樵卺t(yī)學(xué)成像過程中超聲波會(huì)相互作用、干涉，導(dǎo)致散斑噪聲現(xiàn)象無法得到徹底的控制。同時(shí)，超聲成像的噪音還與成像組織表面粗糙程度存在密切關(guān)系，表面越粗糙，成像噪音現(xiàn)象越明顯。

（2）磁共振圖像噪聲。磁共振成像技術(shù)充分利用了磁共振的原理，通過構(gòu)建一個(gè)磁場(chǎng)，并持續(xù)向人體內(nèi)施加交變頻電磁波，在這種情況下，被探查的質(zhì)子將會(huì)發(fā)振，并在振動(dòng)的同時(shí)持續(xù)性的傳播共振信息信號(hào)，并接收線圈電動(dòng)勢(shì)資料。人體部位不同，所產(chǎn)生的質(zhì)子共振頻率也存在明顯差異。從物理學(xué)角度來看，常見的磁共振圖像主要包括隨機(jī)噪聲與噪聲。其中隨機(jī)噪音主要產(chǎn)生于線圈電容器的阻抗效應(yīng)，受高頻電磁影響，物體表面將會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的感應(yīng)電流，并對(duì)電磁波強(qiáng)度造成影響，導(dǎo)致出現(xiàn)噪音。而熱噪音主要來源與電子熱運(yùn)動(dòng)，受接收線圈電阻、城鄉(xiāng)物體電阻等因素影響，隨著運(yùn)動(dòng)深入，其產(chǎn)生的噪聲也會(huì)越來越明顯。

2 數(shù)字濾波技術(shù)研究

2.1 數(shù)字濾波技術(shù)原理

一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)用系統(tǒng)函數(shù)的表達(dá)方法為：

在上述關(guān)系式（2）中，代表輸入；代表輸入；、代表多項(xiàng)系數(shù)。

從上述關(guān)系式（2）中可以看出，該系統(tǒng)是先將輸入序列以特定的運(yùn)算方法轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂蛄?。而?shù)字濾波技術(shù)就是根據(jù)這一原理發(fā)展而來的。因此可以判斷，在一般的工作狀態(tài)下，數(shù)字濾波器所需要的基本運(yùn)算單元主要包括單位延時(shí)、乘法器、加法器等。

在一般情況下，數(shù)字濾波技術(shù)主要的實(shí)現(xiàn)方法包括無限沖激響應(yīng)與有限沖激響應(yīng)，兩種過濾器之間的比較：（1）在相同的技術(shù)條件下，無限沖激響應(yīng)濾波器由于存在對(duì)輸入的反饋，因此可用比有限沖激響應(yīng)濾波器較少的階數(shù)來滿足指標(biāo)要求。這種方法的經(jīng)濟(jì)性較好，因此也能得到相關(guān)人員的認(rèn)可。（2）有限沖激響應(yīng)濾波器由于沖激相應(yīng)時(shí)間是有限的，因此能用于快速FFT，這種方法的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，而無限沖激響應(yīng)則無法達(dá)到這種要求。

2.2 具體技術(shù)研究

2.2.1 小波變換對(duì)圖像去噪的基本原理

根據(jù)小波變化技術(shù)的實(shí)際情況來看，其對(duì)圖像去噪的方法可以分為兩種，主要體現(xiàn)在圖像信號(hào)與計(jì)算分析上。其中一方面專門處理圖像信號(hào)，在經(jīng)過小波變化后，在不同規(guī)律特征的基礎(chǔ)上，信號(hào)所要展示的信息也存在明顯的差異；之后相關(guān)人員通過調(diào)整小波系數(shù)，在不同分辨率基礎(chǔ)上確定閥值門限，完成去噪。另一方法通過計(jì)算，以小波變化多邊形的特點(diǎn)，以大量的計(jì)算確定圖像恢復(fù)要求，再按照計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理。一般在小波技術(shù)進(jìn)行圖像去噪處理中，其主要分為三個(gè)步驟：

（1）對(duì)圖像進(jìn)行二維離散小波變化，進(jìn)而獲取不同狀態(tài)下的小波系數(shù)，包括、、。（2）分析小波系數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；也可以根據(jù)具體的使用要求，對(duì)其進(jìn)行傳統(tǒng)的處理。（3）對(duì)圖像進(jìn)行小波逆變，最后獲得想要的圖像信息。

2.2.2 小波變換對(duì)圖像去噪的基本方法

按照上文分析的相關(guān)內(nèi)容，在采用小波變換技術(shù)過程中，需要進(jìn)一步修正小波系數(shù)，確保其工作效果能達(dá)到預(yù)期，以下就是基于小波變換的一些常用方法：

（1）小波系數(shù)閥值化處理方法。該方法的核心思想，依靠閥值將小波系數(shù)進(jìn)行劃分，包括信息點(diǎn)、受噪聲污染點(diǎn)等，再濾除代表噪聲點(diǎn)的小波系數(shù)后，對(duì)剩余小波技術(shù)進(jìn)行研究，并重建小波圖像后，確定去噪結(jié)果。（2）統(tǒng)計(jì)性去噪法。小波系數(shù)統(tǒng)計(jì)性去噪法的關(guān)鍵點(diǎn)，就是立足于隨機(jī)過程，來闡述小波系數(shù)領(lǐng)域。在整個(gè)操作過程中，需要先構(gòu)建隨機(jī)場(chǎng)模型，并在該模型中充分考慮到小波系數(shù)的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)，以及影響小波操作的相關(guān)要素，依靠工作人員的經(jīng)驗(yàn)等，不斷修正、選取小波系統(tǒng)。（3）小波變換的正則化去噪法?；谛〔ㄗ儞Q的正則化去噪法將圖像降質(zhì)過程看作是一個(gè)線性不變系統(tǒng)，其關(guān)系式為：

在該關(guān)系式（3），H代表線性時(shí)不變的低通濾波器；n代表噪音參數(shù)。在具體操作中，主要按照上述關(guān)系式，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行表波變化，并將其空域上的正則化處理方法完全應(yīng)用到小波頻域上，確保整個(gè)分析過程的完整性。但在操作過程中需要注意的時(shí)，在處理過程中，需要對(duì)各個(gè)自頻帶并行同時(shí)處理，最后統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果，以小波逆變換的方法獲取去噪圖像參數(shù)。

3 應(yīng)用分析

總體而言，數(shù)字濾波技術(shù)作為一種新型數(shù)字圖像技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這里僅列舉醫(yī)院具有代表性的影像設(shè)備進(jìn)行分析。

CT、MRI等都屬于臨床上常見的影響設(shè)備，雖然成像原理存在差異，但卻使用著很多相同的數(shù)字成像技術(shù)，其中CT主要依靠X廣穿透被照物體，通過判斷X光的衰減情況，進(jìn)而反算出被照物體的衰減系數(shù)，根據(jù)已知衰減系數(shù)特點(diǎn)，再根據(jù)對(duì)照重建出被照物體的解剖影像圖像。而MRI的主要結(jié)構(gòu)成像主要檢測(cè)靜態(tài)磁場(chǎng)中外加射頻脈沖對(duì)人體內(nèi)氫質(zhì)子的影響，從而得到對(duì)應(yīng)的MR信號(hào)，重建出對(duì)應(yīng)的解剖圖像。上述兩種技術(shù)在應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)過程中，都可以參照小波變換技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容展開操作。由于小波系數(shù)閥值門限法的基本思想就是受噪聲污染圖像的小波系數(shù)有相當(dāng)一部分模值很小或者趨近于0，意味著這些點(diǎn)所包含的信息量很小并且受到噪聲強(qiáng)烈的干擾。因此在應(yīng)用中，可以通過閥值限定小波系數(shù)，最終來達(dá)到控制噪聲污染的目的。

以CT為例，在應(yīng)用小波變換技術(shù)中，可以先根據(jù)CT影響的實(shí)際情況，將其轉(zhuǎn)換為若干層，并確定每一層的小波系數(shù)的最大值，然后任意選取一個(gè)百分?jǐn)?shù)P，并保證P<1，使閥值的關(guān)系式變成，在經(jīng)過這種處理后，相關(guān)人員只需要確定不同層次上的閥值百分比p的情況，就能有效處理圖像噪音問題。

4 結(jié)語

總體而言，醫(yī)學(xué)影像去噪技術(shù)對(duì)當(dāng)前醫(yī)療工作產(chǎn)生重要影響，而數(shù)字濾波技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像去噪中發(fā)揮著重要作用，這就要求相關(guān)人員在工作中，能提高對(duì)數(shù)字濾波技術(shù)的分析，了解相關(guān)技術(shù)的操作要點(diǎn)與注意事項(xiàng)，確保能為臨床工作提供穩(wěn)定的醫(yī)學(xué)影像資料支撐，最終保證各項(xiàng)醫(yī)療工作的順利開展。

參考文獻(xiàn)

[1]李康.一種改進(jìn)濾波算法的研究與應(yīng)用——腦部CT醫(yī)學(xué)圖像去噪方法研究[J].科技與創(chuàng)新，2016（16）：108-110.

[2]龔偉.淺議數(shù)字圖像去噪技術(shù)及其應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（10）：35.

[3]陳蒙.醫(yī)學(xué)X光成像中圖像去噪算法研究[J].軟件，2013（11）：62-63.

收稿日期：2016-08-25

作者簡(jiǎn)介：宋柏霖（1995—），男，遼寧大連人，本科，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院實(shí)習(xí)生，研究方向：生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)。