DR系统后处理软件对数字胸片物理特征的影响分析

DR系统后处理软件对数字胸片物理特征的影响分析 DR系统后处理软件对数字胸片物理特征的 影响分析 ISSN1002——4956 二丽7r 实验技术与管理 ExperimentalTechnologyandManagement 第27卷第8期2010年8月 Vo1.27No.8Aug.2010 DR系统后处理软件对数字胸片 物理特征的影响分析 杜菁,贺文,李海云 (1.首都医科大学生物医学学院,北京100069;2.首都医科大学 附属北京友谊医院放射科,北京100050) 摘要:DR(digitalradiography)系统作为临床主要应用的影像设备,已经成为胸部检查的重要手段.DR系 统的工作与其自带的图像处理系统是分不开的,不同的设备由于后处理软件的不同,所产生的数字胸片在主 观观感上有所不同,该文从分析图像的物理特征的角度,应用灰度直方图的概念,对不同设备所产生的数字 胸片文件进行物理特征分析,对比得到不同设备所产生的DR图像在主观观感的特点. 关键词:图像处理;DR系统;直方图 中图分类号:TP39文献标志码:A文章编号:1002—4956(2010)08—0116—03 Histogram-basedinfluenceanalysisofimagecharacteristics processingindigitalchestradiograph DuJing,HeWen,LiHaiyun (1.DepartmentBiomedicalEngineering,CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,Chin a 2.DepartmentofRadiology,CapitalMedicalUniversity,Beijing100069,China) Abstract:Asanimportantinstrumentinclinicalapplication,theDR(digitalradiography)syst emhasbecome themostpopularandsignificantmethodinphysicalexamination.TheimageprocessingsystemwhichtheDR systemhasmaycausedifferentresultofseeing.ThereasonistheimageprocessingsystemdependsontheDR systemitself,whichcomesfromdifferentproviders.Thisarticlemainlyintroducestheanalys esofcharacters oftheimageswhichcomefromdifferentDRsystems. Keywords:imageprocessing;DR(digitalradiography)system;histogram DR(digitalradiography)系统是9O年代后期问 世的数字成像设备.主要由平板探测器(flatpanel detector,FPD),扫描控制器,影像后处理工作站,激 光打印机等部件组成.它直接将X线通过FPD转换 为数字影像的x线设备口].DR系统因其影像的采 集,显示,传输,存储,后处理等技术的组合使用,操作 方便,快捷,减轻劳动强度等优势,数字胸片已经逐渐 取代了屏胶结合的模拟胸片,成为临床应用的主流影 像设备. 数字胸片的数据采集和后处理过程是分离的, 收稿日期:2009—12—02 基金项目:国家自然基金(30670576);北京市教委科技技术重点项 目联合资助(KZ200810025011) 作者简介:杜菁(1967),女,副教授,主要研究方向为医学图像处理, 多媒体技术. DR系统的影像后处理软件在DR系统中起着重要的 作用,实际上DR系统最终得到的图像质量如何,系 统应用是否方便,好用,很大程度上取决于软件水平 的高低,尤其是图像质量完全依赖软件的后处理 性能. 本文主要讨论DR系统所采集的原始数字图像, 以及经过系统后处理软件处理后的图像,在肺野区域 的图像物理特征上的变化. l材料与 1.1数字胸片数据的获取 选取不同设备的DICOM(digitalimagingand communicationsinmedicine)原始图像各50张,设备 参数:?设备A为Philips公司DR系统digitaldiag— nosisrelease1.3,140kV,0.85mAs,Exposureindex 250,Imagingplate43cm×43cm,Matrixsize3000 杜菁,等:DR系统后处理软件对数字胸片物理特征的影响分析 ×3000,Graylevel14bit;?设备B为Kodak公司 DR3000,130kV,1.0mAs,Imagingplate43cm×43 cm.Matrixsize3000×3000,Graylevel14bit. 分别使用设备后处理软件对原始图像进行处理, 再得到DICOM图像5O张,后处理软件参数的设置均 为默认设置.图形传递至EBM公司的图形存储传输 系统,然后以DICOM3格式输出. 1.2感兴趣区域的选取 肺野区域主要由肋骨,肺实质和肺纹理组成,动态 范围涉及骨骼至空气,肋骨边缘信息主要在高频区域, 肺实质和肺纹理则集中在中,低频区域,确定特征区 域,要包括上述结构反映. 选取右胸第四,五肋骨间的区域,其中1/3覆盖肋 骨上缘,余下2/3覆盖肋间隙的肺野. 1.3图像的预处理 将2台设备所生成的DICOM图像使用同一个程 序转换为BMP图,并按照未经后处理软件处理的图 像和经过处理的图像分成2组.经转换后的图像在主 观视觉上有如下的特点:未经处理的来自于2台不同 设备的原始图像主观观感一致,经过各自的处理软件 处理后的图像主观观感有一定的区别. 1.4图像特征的提取 直方图是图像处理中最常用的统计图,是对图 像所包含的全部像素的灰度做统计,并以横坐标表 示灰度值,纵坐标表示图像中具有该灰度的像素个 数,绘制出图像灰度分布直方图(Histogram),灰度直 方图反映的是图像的统计性质.通过直方图可看出 图像的明暗程度,细节是否清晰,动态范围大小等. 灰度直方图的形状能说明图像小区灰度分布的总体 信息E3%3. 反 直方图是灰度的一阶概率分布的离散化形式.映图像的亮度在各个灰度级上出现的概率,可用函数 ,(z)表示,z代表灰度值.则均值m为 L 一 ?_厂(-r)i—I 则均值m的阶矩为 L (_z)二==>(一7n)f(z) i一】 ()与f(x)的分布情况有直接联系,表示图 像灰度值的分散程度,即均值..为二阶矩或方差,是 灰度对比度的量度.表达了灰度值相对于均值的分布 情况,描述了直方图的相对平滑程度,可反映图像中纹 理的深浅程度..为三阶矩,定义为偏度.它表达 了灰度值相对于均值的对称性.描述了直方图的偏斜 度,即直方图分布对称与否的情况,可反映图像中纹理 灰度起伏分布.为四阶矩,定义为峰度.它表示 了直方图的相对平坦性,即直方图分布聚集于均值附 近还是接近两端的情况,进一步描述了图像中纹理灰 度的反差_9. 由于直方图是总体灰度的概念,所以不同的图像 可能具有相同的直方图.直方图具有可叠性,即若一 幅图像分为若干小区,则每个小区都可分别作直方图, 而原图像的总直方图为各区直方图之和,各小区的形 状,大小都可随意选择. 2结果 针对2组图像的感兴趣区域,分别提取特征值,计 算每张图像感兴趣区域的灰度均值,方差,斜度和峭 度.所获取的感兴趣区域的面积相等,得到2组有效 数据,其中C组为未经处理的原始图像的灰度直方图 的相关特征,C组有效数据为各46例;D组为经处理 后的图像的相关特征,有效数据各为45例.得到的相 关结果如下: (1)对所有数据进行正态性检验,C组未经处理 图像的数据作正态性检验,结果如表1所示. 表1未经处理图像灰度特征值的正态性检验 样本例数平均值差近似概率(双侧) 设备A均值46153.8655.8130.5183 设备B均值46196.6531.6070.4587 设备A方差4672.14754.0150.0671 设备B方差4667.21666.4870.0099 设备A偏度460.42840.3740.1731 设备B偏度460.3770.39590.7347 设备A峭度46,0.1691.00430.0693 设备B峭度46,0.1310.71990.338 由表1结果可知,未经处理的原始图像的灰度均 值,偏度和峭度属于正态分布,即P值>0.05.设备 A方差的正态性检验P值一0.009850709<0.05,即 数据不符合正态分布. D组经过处理后图像的数据作正态性检验,结果 如表2. 由表2结果可知,经后处理软件处理后图像数据 中,2台设备方差的相关数据P值分别为27.4×10一. 和0.9×10一,小于0.05,即不符合正态分布.其余的 数据均符合正态分布. (2)对2组图像的特征值进行统计学分析.根据 正态性检验结果,分别对灰度均值,偏度和峭度进行独 立样本T检验.表3为对偏度和峭度应用T检验 结果. 118实验技术与管理 由于方差的相关数据不符合正态分布,因此应用 秩和检验.使用软件为SPSS13.0,方差应用秩和检 验结果如表4所示. 表2经处理后图像灰度特征值的正态性检验 表3不同设备所产生图像处理前后的T检验结果 表4不同设备处理前后图像的方差的秩和检验结果 近似概率(双侧) 原始方差 处理后方差 0.160 0.002 3讨论 根据以上数据,可得到2台设备所产生的图像特 征的差别: (1)2台设备所得到的原始图像在灰度平均值上 具有显着性差异,经过后处理软件后的图像仍然具有 差异,但差异的程度减小了. (2)2台设备所得到的原始图像在灰度方差上不 具有显着性差异,但经过后处理软件后的图像却具有 显着性差异,说明图像经过处理后深浅程度发生了变 化,设备A的方差大于设备B,说明设备A的图像更 为清晰,沟纹更深. (3)2台设备所得到的原始图像在灰度偏度上不 具有显着性差异,但经过后处理软件后的图像却具有 显着性差异,说明图像经过处理后设备A的偏度大于 设备B,设备A的图像直方图分布对称,图像纹理灰 度起伏变化小. (4)2台设备所得到的原始图像在灰度峭度上不 具有显着性差异,经过后处理软件后的图像仍不具有 差异,说明2个设备图像的平坦程度类似,直方图分布 聚集于均值的程度,图像中纹理灰度的反差程度均 类似. 参考文献(References): [1]李清军,官秋青,吴晓东,等.DR的特性与临床应用EJ].医疗设备 信息,2004(8):39—40. Eel胡熙芳,刘文涛.数字化摄影(DR)图像质量控制[J].中国医学装 备,2006,6(7):3940. [3]王惠明,史萍.图像纹理特征的提取方法[J].中国传媒大学: 自然科学版2006(13):49—52. [4]韦军,赵飞,冉彦中.图像处理中分辨率的选取及应用[J].实验技 术与管理,2008,25(9):4951. Es]张勇,郭秀花.基于医学图像纹理特征的疾病诊断方法及其应用现 状口].北京生物医学工程,2008,27(4):444—447. E6]王震,王执铨,茅耀斌.基于纹理方向的描述和对具有方向性纹理 图像的分类与分割[J].中国图像图形,2002,7(12): 1279—1284. [7]王勇,杨公iJlI,路迈西,等.煤泥浮选泡沫图像灰度直方图及其统 计纹理特征研究[J].选煤技术,2006(1):13-16. [8]刘益新,郭依正.灰度直方图特征提取的Matlab实现[J].电脑知识 与技术,2009,5(32):90329034. [9]纪钢,张d,JrJ.图像特征与图像内容检索方法分析[J].四川兵工学 报,2003,24(3):22—24.