利用計(jì)算機(jī)對(duì)獲得的原始數(shù)字影像進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，不僅可以消除干擾、提高影像的質(zhì)量、突出影像的某些特征，而且還能對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與分析，得到定量結(jié)果。然而，每種影像處理和分析方法都有一定的局限性，不了解它們的原理和特點(diǎn)，盲目使用這些技術(shù)，反而會(huì)降低影像的診斷價(jià)值。本節(jié)將討論一些常用的方法和它們的作用效果。
一、改進(jìn)影像的質(zhì)量
1.對(duì)比度(contrast)
當(dāng)顯示數(shù)字影像時(shí),預(yù)先確定影像的亮度與計(jì)數(shù)之間的關(guān)系。例如,二者呈線性關(guān)系時(shí),則每個(gè)像素顯示的亮度直接正比于該像素上存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值,“熱點(diǎn)”的像素用最亮強(qiáng)度顯示。高對(duì)比度顯示意味著對(duì)計(jì)數(shù)一定分級(jí)的變化用大的亮度變化顯示,而低對(duì)比度顯示意味著對(duì)相同分級(jí)計(jì)數(shù)的變化用小的亮度變化顯示。
2.定閾值(thresholding)
把低于某一選擇值以下的所有像素計(jì)數(shù)都作為零計(jì)數(shù)來定為一幀影像的閾值,這種閾值稱為下水平閾值或限度。這樣在閾值以上像素的影像征象不改變,影像對(duì)比度也不改變,其目的在于把觀察影像者的注意力集中在高于閾值以上影像的那些特殊部分。定閾值也可以設(shè)置上限和下限兩個(gè)閾值,使在這兩個(gè)閾值以外的像素都置為零,這稱為影像的定窗。以下限閾值顯示器官影像,常有一個(gè)非常清楚的邊緣影像,邊界的位置取決于所選擇的閾值。偶爾也用固定閾值法來檢測邊界,但可能產(chǎn)生使人誤解的邊界。
3.本底扣除(background subtraction)
當(dāng)觀察一個(gè)器官的影像時(shí),有時(shí)能比較滿意地減去或消除周圍組織中的計(jì)數(shù)。一般最簡單的減去本底的方法是假設(shè)影像中任意區(qū)域的本底均為常數(shù),因此可將此數(shù)值從影像的每個(gè)像素中減去。
本底扣除法不同于定閾值法。本底扣除能增加顯示對(duì)比度,這種對(duì)比度的變化,能增強(qiáng)臨床醫(yī)生觀察放射性的微小變化(如肺充盈或通氣的變化)。本底扣除使影像對(duì)比度增強(qiáng),這是由于把較小范圍計(jì)數(shù)的差異調(diào)整為更大亮度范圍上的差異。
4.對(duì)數(shù)影像(logarithmic images)
有時(shí),影像中有高計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)區(qū)域(即該部分計(jì)數(shù)變化是有臨床意義的),而且也有低計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)區(qū)。此時(shí)如果影像以亮度正比于計(jì)數(shù)的形式顯示,則高和低計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)區(qū)或他們中的一個(gè)可能不被顯示。如果用本底扣除來增強(qiáng)亮區(qū)的對(duì)比度,低計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)區(qū)則不被顯示。因此,使用對(duì)數(shù)成像可以解決這個(gè)進(jìn)退兩難的問題。計(jì)算每個(gè)像素的計(jì)數(shù)對(duì)數(shù)值,則高低計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)區(qū)均能同時(shí)顯示。對(duì)數(shù)影像說明絕對(duì)計(jì)數(shù)的對(duì)數(shù)和亮度之間呈非線性關(guān)系,且高計(jì)數(shù)的對(duì)比度降低了。
5．噪聲消除（noise reduction）
影像的每個(gè)像素中的計(jì)數(shù)是有限的，所以統(tǒng)計(jì)漲落很嚴(yán)重，表現(xiàn)為影像中亮度無規(guī)律地跳變，如同有噪聲疊加在影像上。最常用的噪聲消除技術(shù)是空間平滑和濾波。常用的平滑影像的方法是從一組相鄰像素中求出它們的平均計(jì)數(shù),并用這一平均計(jì)數(shù)代表平滑影像中的中心像素的計(jì)數(shù)。平均的方法既可以用所有像素的計(jì)數(shù)進(jìn)行平均方法，也可以用只對(duì)中心鄰近像素計(jì)數(shù)平均而遠(yuǎn)離中心不進(jìn)行平均的方法。后者稱為加權(quán)平滑,最常采用的是9點(diǎn)加權(quán)平滑的方法。
平滑是對(duì)像素計(jì)數(shù)進(jìn)行平均,這樣是可以減小放射性計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)漲落,但是平均過程造成分辨率的損失��邊界變得模糊。當(dāng)決定是否對(duì)影像進(jìn)行平滑時(shí)要考慮以下重要因素:第一,僅僅是以改善視覺為目的，則應(yīng)使用平均像素計(jì)數(shù)的方法進(jìn)行影像的平滑,通常這種運(yùn)算最好以原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來完成;第二,僅在計(jì)數(shù)波動(dòng)成為影響視覺感覺的主要因素時(shí)才用平均方法進(jìn)行平滑。假如一幅影像中每一個(gè)像素都有較高的計(jì)數(shù)時(shí),用平均方法進(jìn)行空間平滑運(yùn)算不可能對(duì)視覺的改善有明顯的作用,但卻降低了分辨率,例如,顯像圖中的器官邊緣,或者圖中“冷”和“熱區(qū)”的交界區(qū)域，這些區(qū)域像素的計(jì)數(shù)用平均法進(jìn)行平滑，將會(huì)掩蓋這些區(qū)域計(jì)數(shù)的真實(shí)差異，從而降低了分辨率。
有一些空間平滑運(yùn)算力圖避免掩蓋真實(shí)邊界，則對(duì)影像中不同區(qū)域的平滑“量”進(jìn)行調(diào)整。在計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)波動(dòng)較大的區(qū)域則進(jìn)行加權(quán)平滑;而對(duì)計(jì)數(shù)變化不是統(tǒng)計(jì)波動(dòng)所引起的那些區(qū)域則不采用加權(quán)平滑。這種平滑運(yùn)算稱為不固定的平滑。
上述平滑過程實(shí)質(zhì)都是空間的平滑，即平均過程是在一幅單一影像的X及Y兩個(gè)方向上完成的。對(duì)動(dòng)態(tài)顯像進(jìn)行平滑時(shí)，時(shí)間成為需要考慮的重要因素。在電影顯示或確定左心室的ROI之前，常用時(shí)間平滑(常結(jié)合空間平滑)來處理心室壁運(yùn)動(dòng)影像。
為了了解5點(diǎn)時(shí)間平滑，以門電路心血池動(dòng)態(tài)顯像為例：若心血顯像在每個(gè)心動(dòng)周期共有24幀影像，選擇第10幀影像，則在該影像中的第幾個(gè)像素的“5點(diǎn)時(shí)間平滑值”是用其前的第8，第9及其后的第11及第12幅圖中的相應(yīng)的第幾個(gè)像素的平均計(jì)數(shù)而得到的。這個(gè)過程如同空間平滑一樣，可能采用加權(quán)或不加權(quán);也可能在時(shí)間上是固定的或不固定的，如果時(shí)間平滑與空間平滑結(jié)合進(jìn)行，則空間的兩維平滑(例如9點(diǎn)平滑指3個(gè)像素在X軸上另3個(gè)像素在Y軸上)與時(shí)間平滑結(jié)合起來(例如時(shí)間上用5點(diǎn)平滑)。在這種情況下，最終的像素計(jì)數(shù)值受在空間上和時(shí)間上相鄰的45個(gè)像素計(jì)數(shù)的影響。
二、影像的量化處理技術(shù)
很多影像經(jīng)簡單處理后，就可以用臨床上有用的系數(shù)來進(jìn)行定量或量化。例如，在一幅肺灌注顯像中，任一像素上的計(jì)數(shù)被肺的總計(jì)數(shù)除，就可以計(jì)算出該像肺區(qū)的血流量分?jǐn)?shù)，所有肺中各個(gè)像素的血流量分?jǐn)?shù)就可組成一幅功能性的影像。每個(gè)像素上的血流量分?jǐn)?shù)值不是以計(jì)數(shù)表示，而是以功能系數(shù)值表示。
在完成除法運(yùn)算時(shí)，需要注意很多核醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)只允許存儲(chǔ)每個(gè)像素計(jì)數(shù)的整數(shù)(0、1、2……)，小于1的數(shù)則用四舍五入法以次一個(gè)較低整數(shù)存入。在一幅灌注顯像中，其總計(jì)數(shù)與任一像素的計(jì)數(shù)相差是很大的，這就可能在每個(gè)像素的計(jì)數(shù)除以總計(jì)數(shù)之后，每一個(gè)像素的計(jì)數(shù)值都“四舍五入”到零，造成一幅空白影像。這種現(xiàn)象是可以避免的：首先用一個(gè)合適的因子去改變影像中的計(jì)數(shù)比例，從而使每個(gè)像素最終的計(jì)數(shù)介于0和100之間。對(duì)于這種數(shù)字處理，用“字”方式(word mode)的數(shù)據(jù)常比用“字節(jié)”方式(byte mode)的數(shù)據(jù)更為方便。
在動(dòng)態(tài)顯像中，單幅影像不能求得定量數(shù)據(jù)，在這種情況下，可以從多幀影像復(fù)合成單一的功能性影像來發(fā)現(xiàn)量化信息。從門電路心血池顯像可以獲得舒張末期和收縮末期的影像。為了評(píng)價(jià)心室內(nèi)每個(gè)區(qū)域射出血的容積(局部心搏出量)，可以從舒張末期影像減去收縮末期影像，
圖6-8
圖6-8 靜脈注射131I-OIH后，腎臟ROI所獲得的TAC
得到一功能性影像，在這個(gè)影像中的每一個(gè)像素代表局部搏出量。一個(gè)比較亮的像素代表高搏出量(舒張末期的計(jì)數(shù)和收縮末期的計(jì)數(shù)相差較大);比較暗的像素代表低搏出量。影像的計(jì)數(shù)相減可能出現(xiàn)負(fù)值，這就要求計(jì)算機(jī)有程序來解決這一問題，通常是令所有負(fù)數(shù)等于零。
1.放射性－時(shí)間曲線(TAC)
在很多動(dòng)態(tài)顯像檢查中，通過觀察一定區(qū)域的計(jì)數(shù)隨時(shí)間而變化以獲得定量的臨床信息。圖6-8描述了一幅131I-鄰碘馬尿酸鈉腎圖，從圖中可以探測到感興趣區(qū)域(ROI)內(nèi)放射性鄰碘馬尿酸鈉的濃度經(jīng)腎臟的攝取和排泄而發(fā)生變化和情況，從而形成一條放射性隨時(shí)間而變化的曲線，稱為放射性-時(shí)間曲線。這個(gè)ROI在形狀上可能是規(guī)則的或不規(guī)則的，該ROI的確定可以由按鍵盤輸入X-Y坐標(biāo)，或用光筆或控制桿(joystick)直接畫在視頻顯示器上。 ROI的劃定為計(jì)算機(jī)形成放射性－時(shí)間曲線確定了像素范圍。放射性－時(shí)間曲線是以Y軸代表計(jì)數(shù)值和以X軸代表時(shí)間繪制出來的，Y軸上的計(jì)數(shù)值是每幀影像中每個(gè)ROI的計(jì)數(shù)值，而X軸上的時(shí)間是時(shí)間間隔。TACs既可以由視覺觀察進(jìn)行主觀地分析，也可以從TAC上一些有意義的系數(shù)進(jìn)行客觀的定量分析。所有影像的運(yùn)算處理方法，如扣除本底和平滑等都可用于TAC。
有時(shí)需要確定器官內(nèi)每個(gè)區(qū)域的功能，假如從許多不同區(qū)域去尋求局部區(qū)域的信息來形成各自的TAC是十分麻煩的。為克服這一困難，先建立一幀影像中每個(gè)像素的TAC，然后進(jìn)行處理，從而建立一些功能指標(biāo)。對(duì)每個(gè)功能性指標(biāo)賦予適當(dāng)?shù)牧炼龋瑒t形成一幅具有不同亮度的功能性影像。
2.放射性剖面圖(activity profiles)
二維影像的切面，可以在影像的任意方向上取得，以建立一幅放射性剖面圖。剖面可能是一個(gè)像素寬的一條軸代表每個(gè)像素的平均計(jì)數(shù)，而另一軸代表像素?cái)?shù)。這種方法對(duì)于顯示非鄰近區(qū)域之間或相同區(qū)域不同時(shí)間之間在計(jì)數(shù)上相差不大時(shí)是很有用的，如運(yùn)動(dòng)時(shí)和再分布時(shí)的201T1心肌顯像，都可能用放射性剖面圖顯示，了解兩者之間的放射性計(jì)數(shù)變化。
3.影像方向的調(diào)整
為了更好地在相似影像之間進(jìn)行比較，可以改變影像的方向。改變影像方向可以在原有影像平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°、180°、270°和沿垂直方向或水平方向旋轉(zhuǎn)。
4.傅里葉分析（fourier analysis）
任何周期信號(hào)都可以被分解為一系列正弦波或余弦波，任一條周期性曲線可以從數(shù)學(xué)上表示為各種不同振幅與頻率的正弦與余弦之和，所以我們把其他周期性信號(hào)分解為正弦波，然后進(jìn)行分析，這就是傅里葉分析。
正弦波有2個(gè)特征參數(shù)：即振幅和初相角。把一個(gè)正弦波等分成360段，每一段為1°。在圖6-9中顯然可以看出：b波比a波早啟動(dòng)1/4周期；c波比a波早啟動(dòng)1/2周期。 °
圖6-9 正弦波的初相角 a.初相角0° b.初相角90° c.初相角180°
傅里葉分析可以用于門電路心血池動(dòng)態(tài)顯像以及從這些動(dòng)態(tài)影像繪制出TACs(放射性-時(shí)間曲線)。通過計(jì)算心血池動(dòng)態(tài)影像中每個(gè)像素TAC的傅里葉級(jí)數(shù)，并省略所有高頻諧波，可以得到有用的時(shí)間平滑影像。另外，也可以用函數(shù)轉(zhuǎn)換的原理來計(jì)算每個(gè)像素的相位，從而產(chǎn)生一幅傅里葉相位的功能影像。