高动态范围医学图像增强方法研究

发布时间：2020-07-08 18:16

【摘要】：医学成像技术(X射线、CT、MRI等)是诊断和监测与人体组织相关疾病的主要技术之一。Digital imaging and communications in medicine(DICOM)是医学图像存储和通信的标准格式,在医学诊断领域具有广泛的应用。由于医学图像的特殊成像原理及成像方式,DICOM医学图像往往出现像素灰度值分布不均匀、动态范围高和全局对比度较低等现象,这对医学诊断和病症分析带来一定的影响,甚至会在实际应用中导致误诊。因此,医学图像增强方法研究是具有实际应用价值和研究意义的课题,可以提高基于图像分析来诊断病情的准确性。针对医学图像中亮度分布不均和对比度低等现象,克服基于直方图均衡化的图像灰度调整方法带来的图像像素值减少、某些细节消失等缺点,本文提出基于动态范围调整和改进双边滤波的MRI图像增强方法(DRCDE)。该方法分为2个步骤:(1)动态范围调整(DRC):该过程将高动态范围像素值调整到合适的范围并能有效地保护像素值之间的差异。(2)细节增强(DE):采用改进的双边滤波结合拉普拉斯金字塔来消除噪声并增强细节,该方法可以有效地增强MRI图像。为了提高医学图像增强方法的实用性,本文提出了一种基于亮度级调整和梯度调整的医学图像增强方法(LMGM)。该方法分为2个步骤:(1)亮度级调整(LM):该过程在保护像素点间亮度级梯度的前提下调整图像的亮度级范围,从而提高图像对比度。该操作不仅可以自主选择亮度级调整程度,还可以设定待调整亮度级的起点,可以更有效地保护细节。(2)梯度调整(GM):亮度级调整能够提高图像的对比度,梯度调整在其基础上增强图像细节信息,该操作采用改进的快速局部拉普拉斯滤波(FLLF)实现。借助于快速局部拉普拉斯滤波增强自然图像的能力和效果,本文改进了FLLF的重映射函数,使其能够适用于医学图像特殊的像素值分布特性。该方法可以实现有效地增强X射线图像、CT图像和MRI图像,在医学图像处理中具有很好的普适性和稳定性。实验表明,对比传统的医学图像增强方法,本文所提的基于动态范围调整和改进双边滤波的MRI图像增强方法(DRCDE)结构简单,运算速度快,针对MRI图像增强效果明显;基于亮度级调整和梯度调整的医学图像增强方法(LMGM)在X射线图像、CT图像和MRI图像增强处理中均具有较好的效果,同时可以有效地避免光晕、阶梯状伪影的出现。以上两种方法在医学图像增强处理中具有很好的应用前景。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;R445
【图文】：

系统框图,射线成像,系统框图

这个时代的 X 射线机主要是由气体 X 射线管和感应线圈或静电马达组成。伦 X 射线机拍摄手部 X 射线图像需要大约 30 分钟到一个小时。2. 热电子 X 射线管和变压型高压发生器的实用时代(1910-1925)。在此期间，考林杰发明热电子 X 射线管和纳斯克开发变压器式高压发生装置为线设备奠定了基础。3. 实际使用抗冲击和防散射 X 射线设备的时代(1925-1945)。4. 高速条件、大容量和现代控制技术的时代(1945 年至今)。这个时代 X 射线的图像质量得到了显著提高，可以扩大到某些活动器官和精细断。在此期间，各种辅助装置相继出现进一步改进了 X 射线机本身以及相关诊断技术。二、优缺点X 射线成像系统如图 1.1 所示，X 射线成像的优点在于其成本低、装置简单且，可以观察器官的活动功能，可以进行多轴透视且检查结果可以快速得到。然图像对比度低，结构可见度低，难以观察到颅骨、脊椎等部位和小的病变，不观记录，且存在较为严重的图像噪声。

结构框图,成像系统,结构框图

层摄影术发明五年之后证明了二维或三维的物体可938 年弗兰克描述了图像重建技术在 X 射线诊断中将记录在胶片上的图像投射到另一胶片上。豪斯费光栅方法不同的另一种存储方法保存图像，并可以，当扫描物体并重建其图像时能够区分人体组织，5%。研究人员提出从三维物体的所有方向获取读数中的方程之一，并且须求解这些联立方程以获得平德用数学模拟重建图像，并用同位素作为放射源进在 2 到 5 小时内重建，虽然试验结果只能区分衰减已经是不小的突破。

扫描仪,探测器,扫描机,探测器阵列

图 1.3 第一代 CT 扫描机扫描仪描仪是基于第一代扫描仪设计的，为更多地利用 X代替一个探测器，探测器以不同的角度同时记录，个很小角度，而是旋转一个与探测器阵列的扇形顶 1.4 所示。

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