数字化x线摄影图像去噪方法分析

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1、第1章绪论本章首先介绍数字化X线摄影(DigitalRadiography,DR)的产生、发展以及存在的问题，并由此引出DR图像去噪方法的研究意义，然后介绍国内外的研究现状，接着分析DR图像去噪的关键问题并介绍本文的主要工作，最后给出全文的结构安排。1.1数字化X线摄影概述1895年，德国物理学家伦琴发现，X射线能穿过人体在乳胶片上感光，并由此形成历史上的第一张X射线图像，这张X射线图像拍的是他夫人的手掌，如图1.1所示。图1.1史上第一张X射线图像此后，X射线成像技术逐渐形成发展起来，并被广泛应用

2、于临床医学检查。由于待成像物体的各部分密度不同，相应地，对X射线的吸收率不同，X射线透射之后的强度也不同，随之在乳胶片上显示的图像灰度明暗亦不同。在20世纪80年代之前，医学上主要是运用X射线进行胶片摄影来帮助诊断，然而这项技术在实际应用中却存在诸多明显的缺点：1）成像所需时间较长，冲洗胶片往往要耗上1~2个小时；2）照射剂量较大，胶片一经曝光，便不可以再次使用；3）当图像由于质量问题而不利于医生诊断时，往往需要对其进行改造或者重新摄影，这给医护人员以及病人都造成了许多不便；4）采用模拟合成技术，因

3、此图像的分辨率比较低，成像清晰度不够高；5）图像含有较低的数字信息水平，因此很难进行存储和传输，一旦图像发生破损或者丢失，将造成严重甚至无法挽回的信息损失，这也是一个严峻的问题。1随着影像技术在医学成像领域的应用和不断发展，普通的X射线成像技术的缺点愈发凸现出来，对该技术进行革新的需求也愈加迫切，在计算机技术进步和材料科学发展的共同推动下，计算机X射线摄影(ComputerRadiography,CR)应运而生，并逐步在医学诊断领域占据主流，取代了普通的X射线摄影技术。CR系统采用影像板(Image

4、Plate,IP)来记录穿透过人体的X射线，并采用激光光束来扫描和提取IP板上所记录的影像信息，再将这些能量分布信息转化为数字矩阵，最后将成像储存到计算机中。人们能够根据使用的需要对数字化的X射线图像进行各种处理，例如放大图像、改善细节以及降低图像噪声等。相对于普通X射线摄影来说，CR系统所需的X射线照射剂量较小，仅仅是普通X射线照射剂量的1/2~2/3，而且CR系统对摄影条件的范围要求也较宽(王骏,2004)。由于CR成像具有数字化信息，因此可以方便地储存于计算机中，这为医学影像存档与传输系统(P

5、ictureArchivingandCommunicationSystem,PACS)的应用创造了条件，同时也为远程医疗的发展和应用打下了基础。然而CR系统是一种间接转换的X射线数字成像技术，需要经过两次激发才可以将X射线转化为数字图像，而在每一次的转换过程中都会发生能量的传递并不可避免地产生噪声，这将降低图像的质量，对新技术的呼唤再次出现。在20世纪90年代末期，一种新型的X射线数字成像方式产生了，这项技术被命名为直接数字化X射线摄影，即DR。国外的GE、AGFA、Kodak、FUJI、Phili

6、ps和Siemens等公司均推出了较为成熟的商用DR系统，进一步推动了DR成像技术的发展。DR系统采用平板探测器(FlatPanelDetector,FPD)接受透射过人体的X射线，并将其直接转换为数字信号以供计算机采集和存储，而不需要中间的转换过程，因而避免了由于中间环节产生噪声所带来的负面影响，可以称得上真正意义的直接数字X射线摄影。典型的DR系统通常由X射线球管、高压发生器、平板探测器、控制器和操作控制台组成，如图1.2所示(何祥彬,2010)。图1.2典型的DR系统结构图2DR系统成像的大致

7、过程和原理为：平板探测器将入射的X线转换为可见光，再将可见光转换为电信号并形成储存电荷，在控制器的统一控制下，将电荷信号取出并转换为数字信号，数字信号传至图像处理器形成X射线数字图像。这里描述的是CCDDR的成像过程，若是直接式DR则没有光电转换过程。DR系统作为最先进的现代医学影像技术之一，与普通的X射线摄影技术相比，主要有以下几个优点(谌家喜,2008)：1)X射线辐射剂量低平板探测器感光介质的感光曲线与普通X射线胶片不同，其在对比度和宽容度上均有较大的动态范围，并且检测器具有非常高的灵敏度，这

8、使得DR系统的X射线转换效率(DetectiveQuantumEfficiency,DQE)得以大大提高。而X射线的转换效率可以对图像的信噪比造成直接的影响，转换效率越高，信噪比越大，因此，为得到同样质量的图像所需的X射线辐射剂量就越低。由于DR系统提高了对X射线的转换效率，因此可以在较低剂量的X射线辐射下得到较高质量的数字图像，与CR系统相比，可以降低2/3以上的剂量，提高了患者接受X射线辐射的安全性。2)更高的工作效率医护人员可以利用DR系统在给病人检查的同时观察