数字图像处理的应用---ct

☼☼contects☼☼•引入•CT技术简介•CT中的数字图像处理及应用•参考文献1.引入•2011.11.11日，•我坐了40分钟公交，•到开封第二人民医院，•放射影像科找在那里实习的同学玩•他给我演示了“64排螺旋CT扫描仪”的操作•以及后期图像处理分析的过程。☺^放射影像科^到达开封第二人民医院放置仪器的房间，有放射性哦我同学&CT扫描仪后期图像处理的软件，东芝Aquilion/64CTAquilion软件中的图像处理工具及模式专业的键盘，右边是快捷控制按钮根据扫描数据重建的3D图像3D的图像可以根据需要调整各种角度观察对象演示如何去掉3维图像中的杂物这是我看到的比较有趣的图，这是一名已婚女性的腹部正面透视图，大家猜猜图中的亮环是神马呢？2.CT技术简介•英文全称：electroniccomputerX-raytomographytechnique•CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。CT成像基本原理•CT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digitalconverter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel），见图。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digitalmatrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analogconverter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。CT的设备构成•(一)扫描机架•(二)检查床检查床主要功能是将病人的检查部位送入扫描孔。•(三)高压发生器主要为X线管提供高电压，根据高压发生器的整流频率可分为低频，中频和高频，由于高频的高压发生器输出的电流波形较平直，且效率高，体积小，故现在的CT多采用高频高压发生器。•(四)计算机系统CT有两个主要的计算机系统。一是主计算机，一是阵列处理器。主计算机负责控制整个系统的运行，包括机架、床的运动、X线的产生、数据的产生、数据收集以及各部件间的信息交换；阵列处理器则负责图像重建。随着计算机技术的提高，运算速度加快，也有些CT的图像重建全部由主计算机处理•(五)图像的显示、存储及输出设备扫描得到的结果，一般由计算机从硬盘调出并显示在屏幕上，利用相应的软件，我们可通过调节窗宽、窗位使病灶显示更加清晰，符合诊断的要求。螺旋CT(SpiralCT,SCTorHelicalCT,HCT)•常规CT扫描检查床为步进移动方式。即CT扫描采集数据时，病人扫描部位处于静止状态，第一次扫描采集结束后，待检查床移动至下一层面，再进行第二次扫描采集数据。如此反复进行，每次扫描只能发生一幅横断面图（图1-A）。•螺旋CT扫描时，病人躺在检查床上以匀速进入CT机架，同时X线球管连续旋转式曝光。。螺旋的意思为扫描过程中围绕病人X线束的轨迹呈螺旋状（图1-B）。•螺旋CT有以下优势：⑴扫描速度快一般部位的扫描可在10~20s内完成，或在病人一次屏气状态完成数据采集，方便危重病人及婴幼儿患者的检查，并可自动跟踪在对比剂达到峰值时启动扫描，节省对比剂用量。⑵提高病灶检出率和CT值测量的准确性由于SCT采集的是容积数据，可消除呼吸运动伪影；避免遗漏小病灶，并可以采取任何位置或任何方向重建。可以保证以病灶为中心；避免部分容积效应。⑶多功能显示病灶SCT可重建出高质量的三维图像和血管造影图像，在某些部位获得仿真内窥镜图像，具有CT透视功能，可指导介入手术等。A.为常规CT扫描B.为螺旋CT扫描CT检查技术•患者卧于检查床上，摆好位置，选好层面厚度与扫描范围，并使扫描部位伸入扫描架的孔内，即可进行扫描。大都用横断面扫描，层厚用5或10mm，特殊需要可选用薄层，如2mm。患者要不动，胸、腹部扫描要停止呼吸。因为轻微的移动或活动可造成伪影，影响图像质量。••CT检查分类•（一）平扫是指不用造影增强或造影的普通扫描。一般都是先作平扫。（二）造影增强扫描是经静脉注入水溶性有机碘剂，如60%～76%泛影葡胺60ml后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。•（三）造影扫描是先作器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑8～10ml或注入空气4～6ml行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影CT扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。》胃造影》腹部大动脉造影》肩关节造影》胰管与肠壁数字X线摄影技术•一、数字图象•传统X线是X线透过人体组织器官后空间位置的平面投影，记录的信息是连续的X线信息，灰度在025-3、0之间。是非量化的模拟图形。•A/D转换器是实现X线图形向数字化的关键部件，把模拟图形信号变成数字图形信号。•经计算机处理后的数字信号在经过D/A转化成模拟信号，在显示屏上显示。数字图像系统基本结构X线•PACS被照体影像板影像读取装置X线影像-数字信号影像处理装置各种影像处理影像记录装置数字信号-光信号控制计算机荧光影像存储装置光盘磁带激光打印机胶片X线图像矩阵化像素化过程CT中的数字图像•数字图象所有像数阵列为数字图象矩阵，是2维数组。像数构成数字图形的最小单元，像数=阵列行X列数•每个像数大小约0、139mmX0139mm•X线数字图形的质量参数主要有像数、矩阵、密度分辨力、空间分辨力、灰阶、图象尺寸、SNR、DQE等。密度分辨力•量化后的二进制整数灰度值又称灰度级，或灰阶。灰阶由2N决定，N又称位(bit)，用来表示像素的灰度精确度，如210灰度级表示灰度范围从1到1024级。图像的灰度范围称图像的灰度分辨力，也叫对比度分辨力或密度分辨力。位数大，图像表现出的灰阶范围大，图像的密度分辨力就高，如图所示。21、24、28灰阶显示图像对比空间分辨力•同视野范围内（尺寸相同），图像采样的矩阵越大，像素数目越多，图像所反映的细节单元就越小，空间分辨力也就越高，X线探测器矩阵单元的大小决定X线图像的空间分辨力，空间分辨力是像素单元可分辨的最小尺寸。0.1M、10M、50M像素显示对比3.CT中的数字图像处理技术•（一）分类：•X线成像系统读出装置的自动前处理、软件的后处理，影像工作站的软件的再处理。•1.硬件前处理：是获得高清数字图像的重要保证，保证整个成像系统在很宽的动态范围内自动获得最佳密度和对比度的图像。•2.影像系统的后处理：又称层次处理和谐调处理。是用适当图像处理技术对感兴趣区域密度、对比度、边缘锐利度进一步处理，使复合诊断要求。•3.再处理：根据具体病例选择合适的显示方式与层面。数字X线检查影像后处理•（二）数字图像后处理技术•一个是调谐处理：包括旋转量（GA)、调谐曲线（GT）、旋转中心（GC）、移动量（GS）。•另一个是空间频率处理：包括频率等级RN、频率增强RE、频率类型RT。•1.协调处理（UnsharpMarker,UM）•用来均衡图像不同区域的灰度范围，使图像在同一灰度阶下显示更多的密度差异信息。•主要通过线性或非线性的灰度函数变换来实现。灰度变换曲线介绍•（1）GT（gammatype）伽马曲线基本形态如图所示：灰度变换曲线介绍•A线：线性对比度变化，产生大宽容度的线性层次，用于大密度范围。•B~J线：非线性曲线，用于头，颈，胸肺，乳腺，腹部和盆腔。•K~L线：非线性高对比曲线，用于减影技术。•M线：线性黑白反转。•N线：为胃肠造影专门设定的曲线（密度区别大）。•O线：主要用于优化骨骼的曲线，用于骨骼嚗光。•P线：主要用于优化胸部肺视野区域产生的微小密度变化的影响。灰度变换曲线介绍•（1）GT（gammatype）伽马曲线基本形态如图所示：减影技术灰度变换曲线介绍•（2）GS（gradationshift）灰度曲线平移，线性变换，用来该变整幅图像的密度。GS在-1.44~1.44之间，曲线左移图像密度增加，右移则减小，通过细微调节可获得最优化密度。灰度变换曲线介绍•（3）GC（gyrationcenter）感兴趣区的密度值中心点，选择0.3~2.6，离GC点越远对比度的改变越显著，如图，选GC=2.0（也可用灰度测量工具测出，或通过公式：GC=灰度级×2.64÷1024算出）。•（4）GA（rotationamount）旋转量，0.1~4.0。GA曲线越陡峭，图像对比度越大。当GA=1.0时，表示选择的协调曲线无变化。实际中GA总是围绕着GC进行调节。灰度变换曲线介绍•旋转量（GA)•调谐曲线（GT）•旋转中心（GC）•移动量（GS）•这四个参数在进行图像处理时，一般GT不作改变，依据兴趣区的密度和对比度作适当调整；在调整过程中，先固定GC，再调整GA和GS，就可以获得达到诊断目的的影像对比度，光学密度及黑白反转等效果。协调处理示例灰度变换曲线介绍•空间频率处理•2.空间频率处理（SpatialFrequencyProcessing，SFP）•它是边缘锐利处理技术，通过对响应的调节显示边缘组织锐利轮廓。•图像频谱的高频分量——灰度值变化剧烈部分（如骨纹理，骨小梁边缘轮廓）。•图像频谱的低频分量——灰度值变化平缓部分（如软组织部分）。•空间频率处理主要调节：•频率等级（frequencyrank，RN）•频率增强系数（frequencyenhancement，RE）•频率类型（frequencytype，RT）空间频率处理•（1）RN对空间分辨力的范围分级：•（0-3）低频率等级，用于增强大结构，软组织、肾脏和其他内部器官的轮廓。•（4-5）中频等级，用于增强普通结构，肺部和骨骼轮廓线。•（6-9）高频等级，用于增强小结构，比如微细结构、肾小区等。空间频率处理•（2）RE边缘增强系数：•用来控制频率的增强程度。在CR系统中，其值0-16，RE=0，改变RT、RN；RE1,会明显增加图像的噪声.空间频率处理•（3）RT频率类型,用于调整增强系数,以控制每一种组织密度,共设有F、Z等12种类型：•Q/R/S:软组织轮廓曲线.•U/T/P:高分辨率曲线.•V:高噪声显示曲线.•F:整个范围和谐一致的轮廓增强.•X/W:特殊应用曲线.空间频率处理浮雕处理显示细节X线数字图像•通常，UM（调节对比度）和SFP（调节锐利度）是结合使用的，对图像协调处理后，在对低对比度区域进行强空间频域处理，能提供较大的层次范围和实现边缘增强，利于显示低密度区域的图像信息。•此外还常用到，动态范围压缩及均化处理，在CT中叫做窗口技术，通过调整感兴趣区的窗位和窗宽，用全部灰阶显示感兴趣区域的图像，进步曾强细节对比度。•X线数字图像的优点:后处理能力强大是数字图像的最突出优点,在较大范围内自由改变输出影像特性曲线,如对比度增强、图像锐化、灰度反转、局部放大等。原图旋转翻转图像的定位线标识伪彩色处理•伪彩色技术是对原图进行预处理，识别出属于不同性质的区域并赋予不同的色彩。伪彩色技术的原理是由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力强，因此把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率。从灰度图像生成一幅彩色图像可以仿照对温度的描述方式，当温度比较低，我们会想到蓝色（冷色调），当温度较高的时候，会想到红色（暖色调）。可以根据人感官上的这一特性，将亮度低的影射为蓝色、亮度高的影射为红色进行伪彩色处理。伪彩色处理的应用•伪彩色技术不仅应用于CT图像，还可以应用于X光片、MRI、PET等诸多种类医学图像后处理技术中。如图，显示的是头部MRI伪彩色图像，其中a图显示的是头部MRI-T2WI像，b图与c图分别将不同的头部结构用不同的色彩表示，使结构观察更加清晰。ABC伪彩色处理的应用•胸部X光片伪彩色图像，其中a图显示的是胸部原始图像，b图与c图