数字减影血管造影图像增强的分析

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1、华中科技大学硕士学位论文研制的一台时间差减影设备。在此后的几年里，DSA在很多放射会议上都收到高度重视，不少厂家投入力量研制。不少医院开展临床研裂l】【3“。目前，国际上的DSA设备可以分为三类：一类是大型成套DSA，配有双C臂X线机和遥控检查床，功能齐全，质量好，价格也高；第二类是小型DSA，配有单C臂移动x线机，比较适用于脑部血管的造影检查，也可用于其他部位，但功能受到一定限制；第三类是不带x线机的数字减影仪。我国自上世纪80年代初开始引进国外的DSA设备，由于价格昂贵，只有大中型医院才有能力购买，且这些先期进1：3

2、的设备已经到了故障多发期，维修费用高。国内二十世纪80年代中期就开始研制开发DSA系统，具体做法是，以通用的微机为平台，开发出DSA图像采集、处理软件及相应的控制设备，再与现有的x线机相联，使之具有数字减影的功能。这种国产的DSA系统，相对于进口成套的DSA设备，价格大大降低，那些暂无条件进口DSA成套设备的医院也可拥有DSA系统，开展相关领域的医疗工作，具有很好的社会和经济效应。经过多年的发展研究，国产的DSA系统已具有国外DSA典型产品的基本功能和指标pT]【38】【3们。在DSA中，图像是诊断和治疗的依据，疾病诊断

3、的准确与否依靠图像的质量。然而，在DSA成像过程中，图像采集的时间不同，期间X射线源的能量波动或噪声的干扰，使得图像之间存在一定的差异，特别是病人生理和病理性的移动，导致减影时减影对不能对准，减影图像中存在运动性伪影，降低了图像的诊断价值，甚至失败。若重新造影，既提高了手术的费用，又加大了对病人的伤害。通过合适的图像处理技术，可以改善图像的质量。对于运动性伪影，虽通过病人配合或图像采集时采用适当的措旖，可以避免病人整体大的移动，然而，人体一些特殊器官的局部运动不能避免。比如，在对颈动脉造影时病人不能抑制吞咽和咳嗽；肠胃蠕

4、动造成的伪影给脾和肾脏血管结构的检查带来困难；对心、肺造影时，肺的张缩、心脏的跳动等【1】【nl。通过图像配准技术可以消除减影图像中的运动性伪影，根据病人的移动在图像中产生的变化，计算出图像的几何变形量，使减影对在减影前对准。迄今为止，临床使用最普遍的配准方法是象素移动，它对掩模图像作整体的平移或旋转变形，使减影对配准。然而，DSA图像是三维结构在二维平面的华中科技大学硕士学位论文投影，三维运动在图像上形成的变化十分复杂，图像中各个局部区域的运动量可能不同，象索移位可能消除某个局部区域的伪影，其他区域的伪影可能增强或者产

5、生新的伪影。针对病人的复杂运动，配准技术应能校正图像中各个局部区域不同的变形量。若图像中的每一个象索点都通过匹配运算获得变形所需的位移量，运算时间过长，不符合临床要求。近几年，配准技术一般采用控制点法，图像中的每一个象素点不是孤立存在的，和局固邻域内的象素点存在一定的相关性，在图像中选取一定数量的象素点作为控制点，估计出这些控制点的位移矢量，再通过这一系列控制点的位移矢量构造出其余所有象素点的位移矢量。选择规则网格的交点或中心的作为控制点‘14】[191[201[291的选取方法没有考虑到图像潜在的特征，在图像亮度均匀的

6、区域，匹配的结果可靠性不高，且控制点数量较多。运动性伪影量最大的区域一般出现在图像的边缘，因此，可以利用图像的边缘特征，在图像的边缘上选取控制点，不但可减少控制点的数量，而且在图像中具有显著结构的区域，匹配的精度高；使用更少的控制点既可满足要求，又减少了运算时间【15】【21】f22l。临床使用中，要求配准算法快速、健壮、可靠，而相似性度量是整个算法的关键。因为造影剂注入后，造影图像中含有血管结构，在进行相似性计算时，很容易导致匹配错误。在配准算法中，曾采用过多种相似性度量，如互相关系数(CC)[24j【47】，基于符号

7、变化(DSC)删删，位一致计数(c8C)【27】f28】，以上三种相似性度量都已被证明在DSA中不如基于差分直方图的相似性度量健壮【”】【161。匹配运算估计出控制点的位移矢量后，要通过插值计算其余象素点的位移矢量，因此，插值方法也是影响配准算法精度和速度的一个重要方面，双线性插值方法【H1速度较快，但精度不高；三次样条插值‘22l[291精度虽高，但是速度慢，不符合临床要求。人体大多器官的运动不是刚性的，组织或器官的三维空间运动在二维平面上透射投影不但有位置的变化，还有可能造成灰度级变化，因此，配准算法中，图像变形校正

8、方法仍是一个难点f13】1141。1．3本文工作重点x线数字减影血管造影技术实现了人体血管的可视化，X射线图像给医生提供4华中科技大学硕士学位论文了诊断血管疾病的直接依据，图像质量的好坏直接影响疾病诊断的准确与否。一幅优质的血管造影图像的要求是：无任何伪影，背景噪声小，细小血管显示清晰，兴趣区血管的诊断信息量大，密度