6.2 数字图像的处理与显示
【窗口技术】 1. 窗宽
表示图像所显示的像素值的最大范围。加大窗宽,图像层次丰富,组织对比度减小;反之,缩小窗宽,图像层次少,但对比度增加。
2. 窗位
又称窗中心,表示图像所显示的中心像素值。不同组织的像素值不同,通常以欲观察某一组织的像素值作为窗中心。
3. 窗口技术
其运用原则是当病变和周围组织密度相近时,应适当调大窗宽;如观察的部位需要层次多一些,也应适当加大窗宽;如果显示部位的图像密度较低,可适当调低窗位,反之则可调高窗位。
【多平面重组】
多平面重组(MPR)是指把横断扫描所得的以像素为单位的二维图像,重建成以体素为单位的三维数据,再用冠状面、矢状面、横断面或斜面去截取三维数据,得到重组的二维图像。再把每一层横断面叠加起来的时候,层与层之间做了插值,形成各向体素间距相同的三维容积数据。
重建的多平面的层数、层厚和层间距可以自行规定。若在冠状面、矢状面或横断面上画任意的曲线,此曲线所确定的柱面所截得的二维图像就是曲面重组(CPR)。CPR是在MPR基础上改进的一种算法,它是通过人工描述出感兴趣结构的中心线,或自动跟踪三维体数据结构的轨迹所形成的曲面重组图像,可用于迂曲、细小的解剖结构,如冠状动脉等的重组与显示。
多平面重组适于人体中任何一个需要从多角度多方位观察的器官,特别适合对病灶的多方位观察,以了解与邻近组织的空间位置关系。曲面重组可使弯曲的器官拉直、展开,显示在一个平面上,使观察者能够看到某个器官的全貌,特别适合于迂曲、细小的解剖结构,如冠状动脉等的重组与显示。
【表面阴影显示】
表面阴影显示(SSD)又称为表面遮盖重组法,是将三维容积数据中蕴含的物体表面加上明暗阴影进行显示的方法,即通过计算机使被扫描物体表面大于某个确定阈值的所有相关像素连接起来的一种表面数学模式成像。
SSD要求预先设定一个最低的阈值,计算机将各像素的CT值与这个阈值进行比较,凡是高于这个阈值的像素就被保留下来,把它确定为白色作为等密度处理,而低于这个阈值的像素则会被舍弃,在图像上定为黑色。这种黑白图像再根据光照模型确定的算法,来给物体表面加上阴影,呈现在二维屏幕上,从而得到从任何角度投影成像的三维表面轮廓影像。
表面阴影显示的操作分两步进行,第一步是表面重建(surface reconstruction),即从三维灰度数据重建出三维物体表面的几何信息;第二步是表面再现(surfac rendering),方法是根据光照模型确定的算法给物体表面加上阴影。
表面阴影显示可将蕴含在三维容积数据中的物体的表面信息显示出来,使被显示的结构具有立体感、真实感,特别适合空间结构复杂的器官或外形有显著改变的器官显示。如对颅底诸结构的显示,对全身各骨骼外伤后形态改变的显示。尤其对骨折患者的手术复位和整形患者的手术指导具有重要意义,特别适合粉碎性骨折和颌面部畸形的患者。也可以帮助确定血管的形态走向、先天变异和血管瘤等。可以观察各种原因引起的喉腔不规则的狭窄,以及各种病变侵犯气管支气管管壁的范围。
【最大强度投影】
最大强度投影(MIP)是利用投影成像原理,将三维数据朝着任意方向进行投影。设想有许多投影线,取每条投影线经过的所有体素中最大的一个体素值,作为投影图像中对应的像素值。这样,所有投影线对应的若干个最大密度的像素所组成的图像,就是最大强度投影所产生的图像。
最大强度投影是为了把三维信息中密度最高的结构显示出来。例如,CT血管造影中血管的密度高于周围的组织结构,用最大强度投影就可以把密度高的血管勾画出来,低密度的组织结构被去掉,得到类似传统的血管造影的图像效果。
最大强度投影的密度分辨力很高,临床上广泛应用于对高密度组织和结构的显示。如在CT血管造影中可以显示血管瘤、血管夹层、血管壁的钙化、血管的狭窄、血管壁软斑块等;最小强度投影主要用于气管的显示,对中央气管病变的诊断价值较大,对于周围气道病变的诊断也有一定帮助,可显示气道的狭窄和占位病变等。
【容积再现】
容积再现法(VRT),也称为体积重建法或体绘制法,它采用一定的体绘制光照模型,直接研究光线通过体数据场时与体素的相互关系,无须构造中间面。体素中的许多细节信息得以保留,能最大限度地再现各体素的空间结构。
容积再现法包括以图像空间为序的体绘制算法和以物体空间为序的体绘制算法两大类。光线跟踪法是最常用的算法。
VRT图像可以同时显示人体各结构的空间信息和密度信息,对于肿瘤组织与血管空间关系显示良好,是新一代CT中最常用的三维重建方法。
【仿真内镜】
仿真内镜(VE)用源影像(如CT、MR等)所提供的容积数据,采用仿真技术,模拟三维立体环境,具有强烈的真实感。VE能够重建出管道器官如胃肠道、呼吸道和大血管等内表面的三维立体图像,并可以模拟纤维内镜的检查方式,所以称为仿真内镜。
VE利用轴位图像为源影像的容积图像,结合特殊的计算机软件功能,即三维表面绘制和体积绘制等进行后处理。对空腔器官内表面具有相同像素值范围的部分进行三维重建,再利用计算机的模拟导航技术进行腔内观察,即选择好视点的行进路线,并赋予人工伪色彩和不同的光照强度。由计算机保存一系列的显示结果图像,最后连续回放,可获得类似纤维内镜行进和转向时,直视观察效果的动态重建图像。
仿真内镜可用于观察胃肠道、呼吸道和血管等管道器官的内表面的三维立体结构,对管腔内异物、新生物、钙化及管腔狭窄的显示良好。
【阴极射线管显示器】
阴极射线管(CRT)是传统的信息显示器件,它的显示质量优良、制作和驱动比较简单,有很好的性价比。50年来一直在显示领域占有统治地位。
CRT显示器是采用电子束扫描的方法,电子枪发出的电子束轰击荧光屏时其能量转换成可见光,偏转电子束在整个荧光屏上扫描形成图像。由电光转换的方式将输出端送来的全电视信号重新还原成一幅显示在荧光屏上的光学图像,它与被检体密度分布相对应。
【液晶显示器】
液晶显示(LED)是利用液态晶体的光学各向异性的特性,在电场作用下,对外照光进行调制而实现信息显示的一种显示技术。目前广泛应用于计算机的终端显示。
人们把一种既有液体的流动性,又有晶体的各向异性特征的物质状态称为液态晶体。液晶可分为两大类:溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在一定的溶剂中才呈液晶性,后者则要在一定温度范围内才呈液晶性。人体内就存在多种溶致液晶,作为显示应用的则是热致液晶。
显示器件实际使用的液晶材料都是多种单质液晶的混合体,计算机终端显示的液晶材料由20种以上的单质液晶混合而成。