基于伪彩色显示的数字乳腺图像的应用研究

赵天锋 唐重陈 黎国武 李文玉

摘要：与其他大多数国家一样，乳腺癌的患病率逐年增高，已成为我国妇女最常见的恶性肿瘤。目前，大多数乳腺医学图像是黑白色，图像的层次不够清楚，医护人员难以识辨病变，跟踪病灶的发展趋势。本文基于伪彩色显示，对数字乳腺图像处理，该技术能大大改善视觉效果，便于图像的阅读和识辨，定期跟踪病灶的细微变化趋势，也有利于提高临床诊断的准确率和治疗水平。

关键词：伪彩色;乳腺;图像处理

1 引言

近年来，乳腺癌的患病率呈现逐年上升的趋势，且发病年龄趋向年轻化。定期检查是降低乳腺癌患者病死率的一种有效措施。乳腺癌作为世界卫生组织确认的能够通过早发现早治疗降低死亡率的癌症之一，X射线在乳腺疾病的应用方面取得新进展，如何在进行X射线检查时提高乳腺疾病的检出率、减少漏诊、避免误诊是值得深入探讨的医学问题。伪彩色显示技术在保证图像质量的同时增加图像对比度，成为计算机信息科学、生物学、医学等学科领域研究的热点。本文基于数字乳腺钼靶X射线成像，结合伪彩成像技术，研究数字乳腺X射线图像的应用价值。

2 乳腺X射线成像

2.1 乳腺X射线成像的原理概述

X射线是一种波长极短、能量很大的电磁波，且具有穿透性。当X射线穿过某些物质时，部分电磁波被吸收，X射线强度成一定指数关系衰减，不同的物质对X射线的吸收不同，未被吸收的X射线穿过物体后被探测器接收。探测器接收到不同强度的X射线，转换成数字信号，输入给计算机处理并重建图像，这就是数字乳腺X射线成像的原理。探测器接收到的信号强弱取决于乳房的横断面内组织的密度，密度较高的组织吸收的X射线较多，探测器得到的信号较弱，比如肿瘤、钙化组织等;密度较低的组织吸收的X射线较少，检测到的信号就较强，比如脂肪等组织。检测器接收到的信息显示出不同密度的乳腺阴影图像。根据阴影图像的对比，结合临床经验，较容易判断乳腺组织的是否存在异常。

2.2 数字乳腺X射线成像系统的原理框图

数字乳腺X射线成像系统的原理框图如图1，包括曝光控制部分和运动控制部分，其中曝光控制部分包括高压发生器部分、X射线球管、探测器、以及具有图像处理功能的工作站或者计算机;运动部分包括准直器的控制、C臂的上下、旋转等控制、压迫板的控制、以及控制盒等。工作原理简述，交流电能经过高压发生部分产生高频脉冲电压，经整流后加于X射线球管上产生X射线，X射线经过准直器调整，穿过患者乳房部位衰减，衰减的信号被探测器接收，获得影像数字信息，该信息进一步上传给图像处理工作站，进行图像数字信号处理，数字信号处理是本文的关键点，即伪彩色显示处理技术，同时处理过的图像信息可以打印出来供医护人员临床诊断参考。

2.3 伪彩色图像处理工作流程

数字乳腺X射线成像得到一幅黑白平面图像，图像上的每个二维点代表光电强度，即代表灰度值。作一个变换，把灰度轴上的点映射到彩色空间（红、绿、蓝）对应的点，就可以把平面黑白图像转变成彩色显示，这就是伪彩色显示技术。采用伪彩色显示，可以更好满足乳腺图像清晰的要求，具体：微小的、模糊不清的钙化点及边缘能更清晰显示;肿块边缘显示更加清晰;图像中的可疑高密度组织彩色高亮显示等。伪彩色乳腺图像处理的工作流程如图2，包括如下步骤：

（1）系统初始化完成，进入X射线曝光控制模式;

（2）曝光完成，探测器接收X射线能量，获取原始图像数据;

（3）原始数据上传给图像处理工作站，并作图像预处理;

（4）图像预处理包括消噪，几何校正等;

（5）图像可视化处理，涉及图像可视化基础算法;

（6）伪彩色处理和增强处理，采用伪彩色编码的方法把灰阶的显示转换为彩色显示，涉及彩图优化算法，根据医护者的经验和习惯，调整显色色彩;

（7）完成伪彩色处理，可以打印共享数字乳腺X射线的处理图像。

从上可见，该伪彩色处理工作流程较复杂，但能实现数字乳腺X射线图像伪彩色处理。

2.4 应用研究实例

数字乳腺X射线成像系统产品实例如图3，包括C型臂、压迫板、探测器、机架、工作站、图像处理等。控制C型臂旋轉可扫描各个方位的乳腺情况，机架升降可适用不同身高人群。工作站数据处理并输出医护人员期望的乳腺图像。

3 验证结果

3.1 验证目标

验证基于伪彩色处理的数字乳腺图像的临床观片效果，进而评价其临床的价值。

3.2 验证记录

本实验环境为西丽人民医院，设备材料信息如表1所列，进行可用性应用研究。

3.3 验证方法及数据

在较权威医疗机构，根据设备用户操作指南，对患者进行乳腺筛查，调研使用效果。例如在西丽人民医院的病例，患者王**，39岁，体重55kg，个人发现右乳有质硬肿块，轻微疼痛，自行用热毛巾敷热肿块数周，仍未消除疼痛。来医院进行乳腺筛查，X射线检查结果如图4和图5所示，从图4可见，右乳外上象限中腺体见非对称致密伴钙化，内部可见区域性泥沙状钙化灶;腋窝见淋巴结肿大，未见皮肤回缩，未见皮肤增厚。清晰显示腺体中非对称致密伴钙化内部的泥沙状钙化灶点，腋窝淋巴结肿大较为明显，提高了病灶的可辨识度。图5也显示出了局部钙化、肿块和结构扭曲。从二图可见，伪彩色显示的图像更加清晰可辨。

验证结论：

◆组织不同、密度不同，显示颜色不同，更好的区分组织边缘信息;

◆伪彩色显示更容易凸显和区分钙化、肿块和结构扭曲等病变，边缘信息更清晰;

◆采用伪彩色图像显示，可将病灶组织的不同灰阶划分为多个彩色域，提高了可辨识度。

4 结论

人眼对灰阶等级的分辨不敏感，伪彩色处理不改变像素的几何位置，而仅仅改变像素显示的颜色。伪彩色处理是一种很实用的图像增强技术，可提高人眼对图像的分辨能力。通过调节窗位，变换颜色来显示感兴趣区域的组织图像，可提高人眼对图像的分辨能力，提高乳腺病灶的检出率。研究表明，该伪彩色乳腺成像能满足临床的应用需求，图像层次分明、清晰易辨、减少误诊和漏诊，具有临床使用价值。

参考文献：

[1] 闫清显等.伪彩成像及密度值检测联合应用对早期乳腺癌的研究.实用医技杂志， 2014，21（1） ：43～43

[2] 蓝春生，蓝鹏，曹煜媛.医学图像的伪彩色处理.中国体视学与图像分析，2002，7（3）：166～169

[3] 敖峰等.CT平扫结合伪彩成像提高乳腺癌检出率的初步研究.临床放射学，2015，34（12）：1895～1899

[4] 纪俊瑞.乳腺X线和超声检查对乳腺癌筛查的研究进展.中国城乡企业卫生，2021，4：57～59

[5] 闫清显等.伪彩成像及密度值检测联合应用对早期乳腺癌的研究.实用医技，2014，21（1）：43～43