基于偽彩色顯示的數(shù)字乳腺圖像的應(yīng)用研究

趙天鋒 唐重陳 黎國武 李文玉

摘要：與其他大多數(shù)國家一樣，乳腺癌的患病率逐年增高，已成為我國婦女最常見的惡性腫瘤。目前，大多數(shù)乳腺醫(yī)學(xué)圖像是黑白色，圖像的層次不夠清楚，醫(yī)護人員難以識辨病變，跟蹤病灶的發(fā)展趨勢。本文基于偽彩色顯示，對數(shù)字乳腺圖像處理，該技術(shù)能大大改善視覺效果，便于圖像的閱讀和識辨，定期跟蹤病灶的細微變化趨勢，也有利于提高臨床診斷的準確率和治療水平。

關(guān)鍵詞：偽彩色;乳腺;圖像處理

1 引言

近年來，乳腺癌的患病率呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，且發(fā)病年齡趨向年輕化。定期檢查是降低乳腺癌患者病死率的一種有效措施。乳腺癌作為世界衛(wèi)生組織確認的能夠通過早發(fā)現(xiàn)早治療降低死亡率的癌癥之一，X射線在乳腺疾病的應(yīng)用方面取得新進展，如何在進行X射線檢查時提高乳腺疾病的檢出率、減少漏診、避免誤診是值得深入探討的醫(yī)學(xué)問題。偽彩色顯示技術(shù)在保證圖像質(zhì)量的同時增加圖像對比度，成為計算機信息科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域研究的熱點。本文基于數(shù)字乳腺鉬靶X射線成像，結(jié)合偽彩成像技術(shù)，研究數(shù)字乳腺X射線圖像的應(yīng)用價值。

2 乳腺X射線成像

2.1 乳腺X射線成像的原理概述

X射線是一種波長極短、能量很大的電磁波，且具有穿透性。當X射線穿過某些物質(zhì)時，部分電磁波被吸收，X射線強度成一定指數(shù)關(guān)系衰減，不同的物質(zhì)對X射線的吸收不同，未被吸收的X射線穿過物體后被探測器接收。探測器接收到不同強度的X射線，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入給計算機處理并重建圖像，這就是數(shù)字乳腺X射線成像的原理。探測器接收到的信號強弱取決于乳房的橫斷面內(nèi)組織的密度，密度較高的組織吸收的X射線較多，探測器得到的信號較弱，比如腫瘤、鈣化組織等;密度較低的組織吸收的X射線較少，檢測到的信號就較強，比如脂肪等組織。檢測器接收到的信息顯示出不同密度的乳腺陰影圖像。根據(jù)陰影圖像的對比，結(jié)合臨床經(jīng)驗，較容易判斷乳腺組織的是否存在異常。

2.2 數(shù)字乳腺X射線成像系統(tǒng)的原理框圖

數(shù)字乳腺X射線成像系統(tǒng)的原理框圖如圖1，包括曝光控制部分和運動控制部分，其中曝光控制部分包括高壓發(fā)生器部分、X射線球管、探測器、以及具有圖像處理功能的工作站或者計算機;運動部分包括準直器的控制、C臂的上下、旋轉(zhuǎn)等控制、壓迫板的控制、以及控制盒等。工作原理簡述，交流電能經(jīng)過高壓發(fā)生部分產(chǎn)生高頻脈沖電壓，經(jīng)整流后加于X射線球管上產(chǎn)生X射線，X射線經(jīng)過準直器調(diào)整，穿過患者乳房部位衰減，衰減的信號被探測器接收，獲得影像數(shù)字信息，該信息進一步上傳給圖像處理工作站，進行圖像數(shù)字信號處理，數(shù)字信號處理是本文的關(guān)鍵點，即偽彩色顯示處理技術(shù)，同時處理過的圖像信息可以打印出來供醫(yī)護人員臨床診斷參考。

2.3 偽彩色圖像處理工作流程

數(shù)字乳腺X射線成像得到一幅黑白平面圖像，圖像上的每個二維點代表光電強度，即代表灰度值。作一個變換，把灰度軸上的點映射到彩色空間（紅、綠、藍）對應(yīng)的點，就可以把平面黑白圖像轉(zhuǎn)變成彩色顯示，這就是偽彩色顯示技術(shù)。采用偽彩色顯示，可以更好滿足乳腺圖像清晰的要求，具體：微小的、模糊不清的鈣化點及邊緣能更清晰顯示;腫塊邊緣顯示更加清晰;圖像中的可疑高密度組織彩色高亮顯示等。偽彩色乳腺圖像處理的工作流程如圖2，包括如下步驟：

（1）系統(tǒng)初始化完成，進入X射線曝光控制模式;

（2）曝光完成，探測器接收X射線能量，獲取原始圖像數(shù)據(jù);

（3）原始數(shù)據(jù)上傳給圖像處理工作站，并作圖像預(yù)處理;

（4）圖像預(yù)處理包括消噪，幾何校正等;

（5）圖像可視化處理，涉及圖像可視化基礎(chǔ)算法;

（6）偽彩色處理和增強處理，采用偽彩色編碼的方法把灰階的顯示轉(zhuǎn)換為彩色顯示，涉及彩圖優(yōu)化算法，根據(jù)醫(yī)護者的經(jīng)驗和習慣，調(diào)整顯色色彩;

（7）完成偽彩色處理，可以打印共享數(shù)字乳腺X射線的處理圖像。

從上可見，該偽彩色處理工作流程較復(fù)雜，但能實現(xiàn)數(shù)字乳腺X射線圖像偽彩色處理。

2.4 應(yīng)用研究實例

數(shù)字乳腺X射線成像系統(tǒng)產(chǎn)品實例如圖3，包括C型臂、壓迫板、探測器、機架、工作站、圖像處理等。控制C型臂旋轉(zhuǎn)可掃描各個方位的乳腺情況，機架升降可適用不同身高人群。工作站數(shù)據(jù)處理并輸出醫(yī)護人員期望的乳腺圖像。

3 驗證結(jié)果

3.1 驗證目標

驗證基于偽彩色處理的數(shù)字乳腺圖像的臨床觀片效果，進而評價其臨床的價值。

3.2 驗證記錄

本實驗環(huán)境為西麗人民醫(yī)院，設(shè)備材料信息如表1所列，進行可用性應(yīng)用研究。

3.3 驗證方法及數(shù)據(jù)

在較權(quán)威醫(yī)療機構(gòu)，根據(jù)設(shè)備用戶操作指南，對患者進行乳腺篩查，調(diào)研使用效果。例如在西麗人民醫(yī)院的病例，患者王**，39歲，體重55kg，個人發(fā)現(xiàn)右乳有質(zhì)硬腫塊，輕微疼痛，自行用熱毛巾敷熱腫塊數(shù)周，仍未消除疼痛。來醫(yī)院進行乳腺篩查，X射線檢查結(jié)果如圖4和圖5所示，從圖4可見，右乳外上象限中腺體見非對稱致密伴鈣化，內(nèi)部可見區(qū)域性泥沙狀鈣化灶;腋窩見淋巴結(jié)腫大，未見皮膚回縮，未見皮膚增厚。清晰顯示腺體中非對稱致密伴鈣化內(nèi)部的泥沙狀鈣化灶點，腋窩淋巴結(jié)腫大較為明顯，提高了病灶的可辨識度。圖5也顯示出了局部鈣化、腫塊和結(jié)構(gòu)扭曲。從二圖可見，偽彩色顯示的圖像更加清晰可辨。

驗證結(jié)論：

◆組織不同、密度不同，顯示顏色不同，更好的區(qū)分組織邊緣信息;

◆偽彩色顯示更容易凸顯和區(qū)分鈣化、腫塊和結(jié)構(gòu)扭曲等病變，邊緣信息更清晰;

◆采用偽彩色圖像顯示，可將病灶組織的不同灰階劃分為多個彩色域，提高了可辨識度。

4 結(jié)論

人眼對灰階等級的分辨不敏感，偽彩色處理不改變像素的幾何位置，而僅僅改變像素顯示的顏色。偽彩色處理是一種很實用的圖像增強技術(shù)，可提高人眼對圖像的分辨能力。通過調(diào)節(jié)窗位，變換顏色來顯示感興趣區(qū)域的組織圖像，可提高人眼對圖像的分辨能力，提高乳腺病灶的檢出率。研究表明，該偽彩色乳腺成像能滿足臨床的應(yīng)用需求，圖像層次分明、清晰易辨、減少誤診和漏診，具有臨床使用價值。

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