基于偽彩色顯示的數字乳腺圖像的應用研究

趙天鋒 唐重陳 黎國武 李文玉

摘要：與其他大多數國家一樣，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，大多數乳腺醫學圖像是黑白色，圖像的層次不夠清楚，醫護人員難以識辨病變，跟蹤病灶的發展趨勢。本文基于偽彩色顯示，對數字乳腺圖像處理，該技術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逐年上升的趨勢，且發病年齡趨向年輕化。定期檢查是降低乳腺癌患者病死率的一種有效措施。乳腺癌作為世界衛生組織確認的能夠通過早發現早治療降低死亡率的癌癥之一，X射線在乳腺疾病的應用方面取得新進展，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學問題。偽彩色顯示技術在保證圖像質量的同時增加圖像對比度，成為計算機信息科學、生物學、醫學等學科領域研究的熱點。本文基于數字乳腺鉬靶X射線成像，結合偽彩成像技術，研究數字乳腺X射線圖像的應用價值。

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射線穿過某些物質時，部分電磁波被吸收，X射線強度成一定指數關系衰減，不同的物質對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，轉換成數字信號，輸入給計算機處理并重建圖像，這就是數字乳腺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。根據陰影圖像的對比，結合臨床經驗，較容易判斷乳腺組織的是否存在異常。

2.2 數字乳腺X射線成像系統的原理框圖

數字乳腺X射線成像系統的原理框圖如圖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，交流電能經過高壓發生部分產生高頻脈沖電壓，經整流后加于X射線球管上產生X射線，X射線經過準直器調整，穿過患者乳房部位衰減，衰減的信號被探測器接收，獲得影像數字信息，該信息進一步上傳給圖像處理工作站，進行圖像數字信號處理，數字信號處理是本文的關鍵點，即偽彩色顯示處理技術，同時處理過的圖像信息可以打印出來供醫護人員臨床診斷參考。

2.3 偽彩色圖像處理工作流程

數字乳腺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）對應的點，就可以把平面黑白圖像轉變成彩色顯示，這就是偽彩色顯示技術。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，獲取原始圖像數據;

（3）原始數據上傳給圖像處理工作站，并作圖像預處理;

（4）圖像預處理包括消噪，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換為彩色顯示，涉及彩圖優化算法，根據醫護者的經驗和習慣，調整顯色色彩;

（7）完成偽彩色處理，可以打印共享數字乳腺X射線的處理圖像。

從上可見，該偽彩色處理工作流程較復雜，但能實現數字乳腺X射線圖像偽彩色處理。

2.4 應用研究實例

數字乳腺X射線成像系統產品實例如圖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。工作站數據處理并輸出醫護人員期望的乳腺圖像。

3 驗證結果

3.1 驗證目標

驗證基于偽彩色處理的數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

本實驗環境為西麗人民醫院，設備材料信息如表1所列，進行可用性應用研究。

3.3 驗證方法及數據

在較權威醫療機構，根據設備用戶操作指南，對患者進行乳腺篩查，調研使用效果。例如在西麗人民醫院的病例，患者王**，39歲，體重55kg，個人發現右乳有質硬腫塊，輕微疼痛，自行用熱毛巾敷熱腫塊數周，仍未消除疼痛。來醫院進行乳腺篩查，X射線檢查結果如圖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，內部可見區域性泥沙狀鈣化灶;腋窩見淋巴結腫大，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部的泥沙狀鈣化灶點，腋窩淋巴結腫大較為明顯，提高了病灶的可辨識度。圖5也顯示出了局部鈣化、腫塊和結構扭曲。從二圖可見，偽彩色顯示的圖像更加清晰可辨。

驗證結論：

◆組織不同、密度不同，顯示顏色不同，更好的區分組織邊緣信息;

◆偽彩色顯示更容易凸顯和區分鈣化、腫塊和結構扭曲等病變，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，可提高人眼對圖像的分辨能力。通過調節窗位，變換顏色來顯示感興趣區域的組織圖像，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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