ImageJ软件测量肝脏体积的方法

吴 涛 张会如 王 梅 董 睿 刘洪美

肝脏体积(liver volume，LV)是间接反映肝脏储备功能的一项重要指标[1]，根据CT或MRI的扫描图像准确计算手术前、后的肝脏体积，对于肝脏切除、肝移植等手术的病人非常有必要，有助于减少因术后残肝体积过小而造成的各种并发症。术后测量残余肝脏体积，有助于外科医生了解肝脏的再生情况。遗憾的是这种处理医学影像的软件通常是安装在医院影像设备上，非放射人员无法经常接触，而且这种软件需要影像设备的支持，不能安装在个人电脑中，市面上独立的CT体积测量软件又非常昂贵，这给肝脏外科医生进行临床和科学研究带来诸多不便。ImageJ是一个可免费下载的图像分析软件包，由美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）研究开发，用于帮助分析临床和科研中的医学影像。目前国内尚未见有关ImageJ软件测量肝脏体积的报道，基于以上原因，本文提出了一种在个人电脑上利用ImageJ软件测量肝脏体积的方法。

1 安装ImageJ软件

ImageJ软件下载地址∶（版本1.42）http∶// www.rsb.info.nih.gov/ij/download.html，直接双击下载后的程序即可安装，软件运行最少需要64M内存，可以在Windows、Linux、Mac OS等操作系统上运行。

2 LV测量的过程

2.1 获取图片

由我院附属医院PACS图像处理工作站，选取行腹部多层螺旋CT平扫获得的肝脏CT图像，扫描层厚5 mm，螺距1.0，管电压120 kV，管电流65 mAs。将CT图像存为DICOM格式的图像文件夹拷至个人电脑，对其进行LV测量。

2.2 半自动法测量LV

2.2.1 制作图像栈

每例病人的DICOM格式CT图像文件夹中，每层CT图片都有一个唯一的编号，运行ImageJ软件，选择菜单File→open，找到待处理的文件夹，按文件夹中CT图像的编号顺序，依次打开含有肝脏的DICOM格式的CT图像，共N层；点击菜单栏Image→stacks→Images to stack，软件自动将N幅图像转换成图像栈（图1所示），即在一个窗口里以多线程的形式层叠N幅图像，并行处理。只要内存允许，ImageJ软件能够打开任意多的图像进行处理。

图1 ImageJ图像栈

2.2.2 图像预处理

DICOM格式的图像栈每像素16位存储，为得到最佳的图像分割效果，需要先对栈进行预处理。通过点击菜单栏Image→Adjust→Window/Level，调节图像栈的窗宽、窗位，本文中窗宽、窗位为300 HU、40 HU；点击Image→Type→8-bit将16位图像转换为8位图像，灰度值范围为0-255，并将此时的图像栈保存命名为“原始栈图像”以备用；点击菜单栏Process→Enhance Contrast，对栈作图像增强处理；Process→Smooth对栈进行平滑处理。

2.2.3 阈值分割和二值化

阈值分割是利用灰度直方图分析图像的灰度分布，选择合适的阈值Threshold，并把灰度图像分成目标与背景。ImageJ软件提供了阈值化的用户窗口，单击菜单栏Image→Adjust→Threshold，弹出Threshold窗口，如图2所示，拖动滑块调整阈值，对图像栈进行阈值分割。本文使用两个阈值同时调整的方法，阈值的大小选取根据实时的调整确定，一般最小值为100，最大值为230，单击Apply后得到二值化图像；单击菜单栏Process→Binary→Outline，获得图像的边缘轮廓，得到“边缘图像”。

2.2.4 创建感兴趣区域

打开已保存的“原始栈图像”，单击Process→Image Calculator，弹出Image Calculator窗口，如图3所示，在Image1栏选择“原始栈图像”，Image 2栏选择“边缘图像”，Operation栏选择Subtract，对两个图像栈进行减运算（原始栈图像减去边缘图像），得到描有边缘轮廓的图像栈，本文称之为“减图像”；如果“减图像”中肝脏的边缘轮廓是闭合的，可利用软件的魔术棒工具直接点击肝脏边缘的任意一点，自动获得感兴趣区域，如图4(a)所示黄线即为肝脏感兴趣区域（Region of interesting，ROI），工具栏灰暗区是魔术棒工具；但是如果“减图像”中肝脏的边缘轮廓存在不连续的地方，需要利用软件画笔工具连接断开的边缘，如图4(b)所示，这样获得闭合的肝脏边缘后，再利用魔术棒工具得到感兴趣区域。

图2 图像阈值分割

图3 图像减运算窗口

2.2.5 计算肝脏体积

图4 创建感兴趣区域

图5 ROI计算窗口

获取栈的第一幅CT图像的ROI后，点击菜单栏Analyze→Tools→ROI Manager…，在弹出的ROI Manager窗口中点击Add，软件自动添加第一幅图像的ROI数据；然后利用魔术棒工具创建第二幅图像的ROI，并在ROI Manager窗口中点击Add，添加第二幅图像的ROI数据，之后依次对栈图像的每一幅图像做以上处理，直到添加完N幅图像的ROI数据（图5所示），点击ROI Manager窗口中的Measure按钮，软件自动弹出Result窗口显示所有感兴趣区域的面积计算结果，图6所示，单击File→Save As可自动存为Excel格式文件，利用Excel表格可计算各层面ROI面积和层厚的乘积，再累加各项乘积，得到肝脏总体积。本文计算肝脏体积为1264.056 cm3，如表1所示。

3 小结

ImageJ软件是一种支持Java语言的图像分析与处理软件，该软件开放源代码，占用内存空间小，图像处理速度快，可以在Windows、Mac OS、Mac OS X、Linux等操作系统上运行，支持DICOM，JPEG，BMP，TIFF，GIF， FITS等多种图片格式，可对医学影像图像直接分析和处理；ImageJ软件还可用来做肝脏CT容量分析，它的好处是可以免费下载，在不需要放射科医生的支持下，外科医生可在个人电脑上独立进行肝脏CT容积的分析。此外ImageJ支持宏语言和插件扩展功能，使用ImageJ内置的文本编辑器和Java编译器开发Java语言的各种插件，可完成对ImageJ的扩展，这种机制使专业人员能够通过Java编程完善该软件，并实现相应专业领域的特殊用途扩展，自定义的插件可以解决几乎所有图像处理和分析方面的问题。

图6 ROI数据计算结果窗口

表1 肝脏体积计算表

该软件目前已被广泛用于医学生物图像的处理，如显微镜图像细胞计数、细胞分割，医学检验图谱分析[2]等，在国外被较多地应用于通讯、信息技术、航海航空等工程技术领域[3]。志，2005(7)∶747-748.

[3]Keagan Moodley， Hugh Murrell. A colourmap plugin for the open source， Java based， image processing package， ImageJ[J]. Computers Geosci，2004，30∶609-618.

[4]张国华.旋转DSA在肝动脉造影中的应用[J].中国医学装备，2007，4(6)∶42.

[5]黎一鸣，吕凡，吉鸿，等.肝脏体积变化与病肝储备功能的关系研究[J].中华普通外科杂志，2002(2).