三、CR图像的处理技术
传统的屏-片X线摄影中,摄影技师是通过调整曝光参数来获得最佳的图像,如将有用信息的曝光密度落于特性曲线的直线部,诊断区以外的信息则分别位于曲线的肩部或趾部。在CR系统中,针对该处理过程则必须对有用的图像信号进行编码,通过数字值的查找表调整以获得最大对比敏感度。
CR图像是数字化像素值矩阵,可被计算机根据诊断的需要选择和处理。通常,计算机的图像后处理包括三种类型:即对比度处理、空间频率调整和特殊算法处理。
实际应用中,不同厂家的设置可有所不同,如对比度处理,阿克发CR系统的参数值为6个,而富士CR系统的参数值为10个,需根据不同情况分别处理。
(一)对比度处理
人体组织中,某些部位的解剖结构对X线的衰减差异微小。在CR成像后,由于被显示组织微小的射线衰减差异,使图像数据的固有对比度差别也较小。为了增加解剖细节的可见度,通常的CR都提供对比度处理软件。对比处理的目的是通过处理,使其等同于传统屏-片图像,或是增强诊断所需的某些部位的显示。
由于CR系统生产厂家的不同,对比度处理的名称也可有所不同。对比度处理又可被称为层次处理(gradation processing。富士CR系统)、色调谐调(tone scaling。柯达CR系统)和多阶图像对比放大(multiscale image contrast amplification,MSICA。阿克发CR系统)。
一般而言,对比度处理有两种方法。最常用的技术是按照由用户控制的查找表(look-up table,LUT)重新变换各个像素值,对比度曲线的整体改变可在不同的灰阶等级产生不同的局部对比度。富士的CR采用四种不同的参数(GA、GC、GT、GS)来控制该处理过程,柯达采用两种(平均密度和LUT起始),阿克发采用三种(窗左延伸、窗右延伸和感度测量)。富士的处理方法中的GT,是表示模拟屏/片系统的特性曲线形状,GC和GA分别表示增加或减少层次,GS表示改变整体亮度。柯达提供的LUT都是预定义的,不能分别调整。阿克发提供四种预定义的显示功能(感度测量),显示功能的变换由调整灰阶直方图的显示窗来控制(窗左延伸、窗右延伸)。
(二)空间频率处理
空间频率处理的一个目的是增强数据中某些特性组织的显著性。图像中这些被增强的特性,可以通过它们特定的空间频率来表征。有几种技术可以达到此目标,包括傅立叶滤过(Fourier filter)、模糊蒙片减影(blurred-mask subtraction)和小波滤过(wavelet filtering)。PSP系统的早期用户,常在一张胶片上将一幅图像用不同的显示方法打印两次,一幅显示类似传统屏/片组合的图像,另一幅显示具有明显“边缘增强”的图像。
模糊蒙片减影技术的方法是:采用选定尺寸的标准卷积核对原始图像进行卷积处理,产生一幅模糊图像,然后在原始图像中减去模糊图像,产生一幅包含突出高频信息的图像。使用自定义的增强因子乘以每一像素来调制高频信息。将结果图像加到原始图像并标准化数据组,从而建立频率增强图像。
(三)动态范围控制(dynamic range control,DRC)
动态范围控制处理是CR的一种专用后处理技术,作用是可选择性地压缩或强化图像中的低密度区域,并且该处理与对比度和空间频率处理无关。它主要用于优化胸部X线摄影中纵隔和膈下区及四肢的显示。
动态范围控制(dynamic range control,DRC)处理的方法是将一幅原始的模糊蒙片用于抑制图像中的高频信息,然后采用专用的查找表(LUT)匹配所选区域(低、高密度区域),经加权后的模糊图像再返回到原始数据,用以增强低信号区域(纵隔和膈下)或高信号区域(空气、皮肤边缘)的图像对比。DRC处理的方法是可选的,即每一解剖部位菜单下有三个用户可选参数:卷积核尺寸、曲线类型和加权因子。
(四)体层伪影抑制技术
X线体层摄影中,由于兴趣层面位置移动的影响,可产生模糊阴影(如条状阴影)。通过伪影抑制处理,可降低直线体层摄影中模糊图像的对比度,直至消除模糊图像。
伪影抑制处理采用了一种新的图像处理算法,常需在谐调处理和空间频率处理之前运行。一般,CR系统中的伪影抑制处理有三个参数可供调节,即ORN(伪影抑制处理等级)、ORT(伪影抑制处理类型)和ORE(伪影抑制处理的增强程度)。
(五)能量减影(energy subtraction)
传统DSA的减影方式有时间减影和能量减影两种方式。由于CR系统在采集图像信息的速度较慢,故时间分辨力不高。所以,在CR的组织减影中一般都采用能量减影的方式。
CR中能量减影的具体方法是:选择性地去掉图像中的骨骼或软组织的信息,在同一部位同一次曝光中获得的一幅高能量图像和一幅低能量图像,由于这两幅图像中的骨骼与软组织信号强度不同,通过计算机加权减影(weighted subtraction),可实现两幅图像的减影。结果图像中与骨骼相一致的信号被消除,得到软组织图像;或者,与软组织相一致的信号被消除,得到骨骼组织的图像。
在CR系统中,能量减影又可分为一次曝光法和两次曝光法。
1.两次曝光能量减影法
两次曝光能量减影法是利用两种不同的X线能量(即选择不同的kV),在两块不同的图像板中对同一被照体进行曝光,对所得两幅不同能量的图像进行减影。当两次曝光减影应用于运动部位(如胸部)时,在两次的曝光中由于肺血管的搏动可导致血管图像的移动,减影后图像中仍有可能留下血管的图像,在能量减影中这种现象称为移动伪影。所以,两次曝光减影方法对运动的解剖结构不能达到满意的减影效果。
2.一次曝光能量减影法
一次曝光能量减影法是利用两块IP,中间夹一块与IP尺寸相同的铜滤过板,一次曝光后可同时获得两幅能量不同的图像,随后将这两幅图像再进行减影。在实际的应用中,一般采用0.5~1mm厚的铜板作为滤过,铜前面的IP作为低能量板,铜后面的IP作为高能量板。曝光后通过加权减影而获得减影图像。一次曝光减影法只采用一次曝光,曝光时间短能很好地克服胸部和其它动态器官的运动伪影。
一次曝光能量减影法,穿过铜板到达后面IP的X线曝光剂量大约是上面的1/5~1/10,因而X线的量子噪声增加,其图像中的噪声是前后IP的总和。为了避免噪声过量,必须增加曝光剂量,但同时也增加了被检查者的皮肤吸收剂量。在一次曝光能量减影法中,获得较高质量的减影需具备以下条件:X线曝光的能量差要足够大;IP的检测效率要高;IP的检测线性要好;散射线的影响要尽可能减小。