醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)處理系統(tǒng)比較分析

史 靜 任東峰 姜玉泉（.西安理工大學(xué)，陜西 西安 7008；.西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安 7008）

0 引言

近些年來，隨著科技的進(jìn)步，圖像處理技術(shù)日新月異，特別是數(shù)字醫(yī)學(xué)影像，已經(jīng)在幫助醫(yī)生進(jìn)行診斷和治療的過程中起著至關(guān)重要的作用。同時，醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)也對醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。醫(yī)學(xué)圖像在攝取和傳輸?shù)倪^程中同樣會受到各種因素的干擾，從而影響圖像的成像質(zhì)量，而后期處理和分析的效果往往受到前期的很大影響，特別是一些定量和定性的分析。

圖像處理除了在生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用之外，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著非常重要的作用，而圖像增強(qiáng)技術(shù)是圖像處理中的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，其中包括圖像的線性和非線性對比度展寬、線性和非線性的動態(tài)范圍調(diào)整、直方圖均衡化、圖像的濾波和銳化等等。

本文針對醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)，利用圖像增強(qiáng)技術(shù)對其進(jìn)行處理，使其能夠更好地滿足醫(yī)學(xué)診斷的要求。這其中包括：圖像增強(qiáng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像中的重要價值以及不同的圖像增強(qiáng)技術(shù)對于不同醫(yī)學(xué)用途的影響等等。

1 醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)的研究背景

圖像增強(qiáng)[2]是圖像處理中一個重要的算法。其通過對圖像進(jìn)行進(jìn)一步的處理和加工，使圖像的對比度得到增強(qiáng)，產(chǎn)生較好的視覺效果，輔助醫(yī)生進(jìn)行診斷。根據(jù)圖像產(chǎn)生模糊的情況以及模糊的程度不同，需要利用不同的圖像處理算法進(jìn)行修正，常用的圖像增強(qiáng)方法有均值濾波、中值濾波、平滑濾波、灰度級變換、梯度增強(qiáng)以及頻域變換等。

這些增強(qiáng)算法大都比較復(fù)雜，運(yùn)算量大。醫(yī)學(xué)圖像經(jīng)過系統(tǒng)的處理，可以提高圖像本身的質(zhì)量。

為了活得更加好的圖像質(zhì)量，克服上述問題，我們首先應(yīng)在處理圖像的過程中盡可能避免或者減少干擾因素，在進(jìn)行后期分析之前，對圖像進(jìn)行增強(qiáng)的預(yù)處理，已獲得更好的畫質(zhì)，從而提高判別精度，為臨床診斷提供更多的便利條件。

近幾年來，許多科研工作者根據(jù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域圖像的特點(diǎn)提出了許多新穎的圖像增強(qiáng)算法，以達(dá)到改善醫(yī)學(xué)圖像的視覺效果的目的。一些經(jīng)典的圖像增強(qiáng)算法盡管已經(jīng)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用，并且取得了較好的效果，但大都存在著一定的問題，比如在圖像增強(qiáng)的過程中，去除噪聲影響的同時，也損失了圖像的一些細(xì)節(jié)特征，而往往這些細(xì)節(jié)特征就是進(jìn)行后期圖像分析的關(guān)鍵因素，因此，需要在去除干擾因素和保持畫面細(xì)節(jié)信息中取得平衡。解決這一矛盾也成為醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)技術(shù)發(fā)展的方向[3]。

2 增強(qiáng)系統(tǒng)及結(jié)果比較

隨著圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖像增強(qiáng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用，下面主要列舉一些常用的處理方法。

2.1 直方圖增強(qiáng)系統(tǒng)

直方圖均衡化在增強(qiáng)圖像對比度的同時，突出診斷區(qū)域需要增強(qiáng)的細(xì)節(jié)信息，特別是在醫(yī)用透視圖像的應(yīng)用中十分有效的。

直方圖規(guī)定化處理，可以使圖像的灰度間距拉大了，圖像不僅變得清晰，細(xì)節(jié)突出，而且可以通過改變其直方圖的形狀，避免圖像的過增強(qiáng)，明顯優(yōu)于直方圖均衡化，但與此同時經(jīng)過直方圖規(guī)定化后的圖像顆粒感也明顯增強(qiáng)了，由規(guī)定化的優(yōu)點(diǎn)，可以看到其可以應(yīng)用在對清晰度要求不是很高的醫(yī)學(xué)圖像中。

2.2 灰度增強(qiáng)系統(tǒng)

通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在醫(yī)學(xué)圖像畫質(zhì)比較清晰以及噪聲干擾較少的情況下，對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行灰度增強(qiáng)處理，可以使醫(yī)學(xué)圖像的可讀性有著較大的提高，也就是說對醫(yī)學(xué)圖像中需要關(guān)注的區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)處理，可以更加清晰地顯示病灶部位，從而提高診斷的效率和正確率。

2.3 空域均值濾波系統(tǒng)

鄰域均值濾波的算法非常簡單，即將模板中像素點(diǎn)的均值去替換中心像素點(diǎn)的值，該算法運(yùn)算速度快，對于高斯噪聲有著很好的屢濾除效果，但對于椒鹽噪聲效果一般。該算法一個最大的問題就是沒有考慮邊界影響，因此，在濾除噪聲的同時引起圖像中目標(biāo)物邊界的模糊現(xiàn)象，而且模糊程度與模板半徑成正比。而維納濾波，在消除噪聲的同時，很好地保留了邊界信息。因此，鄰域?yàn)V波適合清晰度要求不是很高的X光圖像，維納濾波較適合CT圖像和B超圖像。

2.4 空域高通濾波系統(tǒng)

Sobel和Prewitt算法能夠?qū)光圖像進(jìn)行增強(qiáng)，且效果明顯，并且能夠?qū)D像的邊緣信息清晰保留，比較適合醫(yī)學(xué)透視圖像，Unsharp算法更適用于對于邊緣要求高的較清晰圖像。

2.5 空域中值濾波系統(tǒng)

中值濾波較鄰域均值濾波來說，對于椒鹽噪聲的處理效果更好，邊界保持效果也相對較好，但也存在邊界模糊問題，此外，模板尺寸的選擇也至關(guān)重要，過大，會使畫面質(zhì)量成倍下降。

3 結(jié)論

醫(yī)學(xué)圖像有著高清晰度、低噪聲影響以及病灶部位突出顯示的特點(diǎn)，這些使醫(yī)學(xué)圖像處理面臨更多更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，存在許多亟待解決的問題，如評價醫(yī)學(xué)圖像畫質(zhì)等。

［1］宋宏寧,郭瑞強(qiáng).基于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的3D打印技術(shù)在心血管疾病診療中的應(yīng)用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展 [J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2017,33(3):375-380.

［2］李紀(jì)成,謝凱,阮寧君,等.基于曲波變換的醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)算法[J].計算機(jī)工程與設(shè)計,2017,38(1):187-191.

［3］馮惠.基于二進(jìn)小波與融合方法的醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)研究[J].計算機(jī)應(yīng)用與軟件,2017,34(4):233-237.