基于流域分割的医学图像伪彩色处理

关键词：医学图像，图像分割，流域算法，伪彩色增强
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Abstract
Abstract
Visualization for medical volume data is an important application of computer visualization in biomedical engineering. It supplies a method to observe and analyze structure of human tissues or organs, which has high significance in medical diagnosis and research. Color enhacement of medical image is one of the most important applications of the medical image visualization. As medical images commonly are gray image, human vision is less sensitive to difference between gray-scale pixels than that of colors; and medical images are complexity, fuzzy, which boundaries are not clear. All this factors lead to difficulties in diagnosis. Therefore, the various organs and tissues in a reasonable color display in the 3D images that could improve medical diagnosis. Based on the three-dimensional medical image visualization, the paper discusses watershed segmentation of medical images and color enhancement, by analyzing and concluding the advantages and disadvantages of both technologies, achieves pseudo color processing to medical image based on watershed algorithm. The image segmentation based on the watershed algorithm is also studied in this paper. And the users’ information is added into the segmentation to avoid over-segment. In image color enhancement, based on the characteristics of human eye to distinguish color, the pseudo-color image coding suitable for the medical images is used to transform medical images from gray images into color images. And the false color enhancement based on statistical characteristics of human visual is used to correct the image’s color. In the process of 3D image reconstruction, the segmentation based on the watershed algorithm ameliorated is used to isolate the organs of interest from the data. Then the paper uses gray-color transformation to give the organs reasonable colors, and organize 3D color images. Finally, overall color is corrected by pseudo-color management to make image suite to the visual statistical characteristics. In this paper, 3D medical image color enhancement based on watershed algorithm is relized. It is adaptable when gray in the image changes. The results shows that distinguish of the color image after treatment is higher than the original image, which is suitable for human observation. It is help for improving the accuracy and the leve of medical diagnosis. Key words: medical image, image segmentation, watershed algorithm, pseudo-color enhancement.
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大 摘 要
基于流域分割的医学图像伪彩色处理
大摘要
医学图像的可视化是计算机可视化技术在生物医学工程上的重要应用，为医疗诊 断和医学研究提供了对人体组织进行观察和分析的重要手段，在医学临床与医学研究 中都具有重要的意义和价值，医学图像的伪彩色化处理是医学图像可视化方面的重要 应用之一。目前医学图像普遍采用灰度图像的表示形式，由于人眼对灰度图像的分辨 能力远低于对色彩图像的分辨能力，以及医学图像本身所固有的复杂性、模糊性和边 界不清晰等特点，导致了医学临床诊断上的困难和不确定性。因此，对医学图像中的 病变组织或感兴趣区域进行识别和分割，并应用医学图像伪彩色处理技术以合理的色 彩进行显示或进行三维重构，可以较好地提高医学诊断的准确性。 三维医学图像可视化是指运用计算机图形学和图像处理技术，将医学影像设备测 量得到的医学体数据转换成三维图像，并能够进行交互处理的理论、方法与技术，是 计算机可视化在生物医学工程上的重要应用。医学图像分割显示是目前的一个研究热 点问题，是一个多学科交叉的研究领域，是计算机图形学和图像处理在生物医学工程 中的重要应用。它涉及数字图像处理、计算机图形学以及医学领域的相关知识。医学 图像绘制在诊断医学、手术规划及模拟仿真、整形及假肢外科、放射治疗规划、解剖 教学等方面都有重要应用。因此，对医学图像三维分割和绘制的研究，具有重要的学 术意义和应用价值。 本文以三维医学图像的可视化为基础，探讨了医学图像的流域分割与医学图像的 彩色增强，在结合了两种技术的优点基础上，实现了基于流域分割的医学图像伪彩色 处理。 在图像分割阶段，本文采用基于区域信息的流域算法，在流域算法中加入用户信 息，使得分割效率明显提高。 在图像彩色增强阶段，依据人眼对色彩分辨特征，采用适合于医学图像的伪彩色 编码，将灰度医学图像转化为彩色，并通过基于人眼视觉统计特性假彩色增强对图像 整体色彩矫正。 在图像三维重建过程中，首先采用改进的流域分割算法将选定器官组织从医学体 数据中分离出来，然后通过灰度－彩色变换将各器官图像赋予合理的色彩，再将各组 织合成绘制出具有三维效果的彩色图像， 最后通过假彩色处理对图像的整体色彩矫正， 使矫正后的图像特征符合人眼视觉统计特性。 本文实现了基于分割的三维医学图像彩色化显示系统，该方法对图像灰度特性的 变化具有良好的适应性。实验结果表明通过本文方，分辨率显著提高，色彩柔和，更适合于人眼观察，各组织器官色彩区分 明显，突出显示了感兴趣组织，该方法在图像灰度范围变化时具有很好的适应性，在 辅助医疗诊断中，对提高诊断准确性和科学性及诊断水平有很大帮助。本文的主要工 作有： （1） 研究了基于流域算法的医学体数据分割方法。 该方法是近年来发展起来的基 于数学形态学的一种十分有效的图像分割技术，它基本上克服了传统的图像分割方法 的缺点。经典的流域算法存在过度分割以及计算时间较长的问题，本文采取了基于区 域信息的交互式流域算法，在流域算法中加入用户信息，从而使得医学图像分割的效 果大大改善。 （2）对彩色图像增强的基本原理、方法及流程进行了探讨和综述；研究了伪彩色 图像处理编码，以及基于人眼视觉统计特性的假彩色处理的方法，并将其应用于医学 图像的绘制，当图像中含有极其微弱的有用的局部对比度信息时可显著提高图像的分 辨率。 （3） 在研究了医学体数据存储格式、 医学体数据分割和医学图像伪彩色处理的基 础上，依据人眼的视觉特点，采用灰度级-彩色变换方法，结合基于流域法的医学图像 分割，实现了医学图像的彩色化显示，处理后的图像以不同颜色显著区分出不同组织 器官，实验结果表明了该图像增强方法的有效性，该方法在图像的灰度范围变化时具 有很好的适应性,并可突出显示出感兴趣的特定器官组织。
基于流域分割的医学图像伪彩色处理
摘 要
医学图像的可视化是计算机可视化技术在生物医学工程上的重要应用，为医疗诊 断和医学研究提供了对人体组织进行观察和分析的手段，在医学临床与医学研究中具 有重要意义，医学图像的伪彩色化处理是医学图像可视化的重要应用之一。目前医学 图像普遍采用灰度的表示形式， 由于人眼对灰度的分辨能力远低于对色彩的分辨能力， 以及医学图像本身所固有的复杂性、模糊性和边界不清晰等特点，导致了医学临床诊 断上的困难和不确定性。因此，对医学图像中的病变组织或感兴趣区域进行识别和分 割，并应用医学图像伪彩色处理技术以合理的色彩进行显示或进行三维重构，可以较 好地提高医学诊断的准确性。 本文以三维医学图像的可视化为基础，探讨了医学图像的流域分割与医学图像的 彩色增强，在结合了两种技术的优点基础上，实现了基于流域分割的医学图像伪彩色 处理。 在图像分割阶段，本文采用基于区域信息的流域算法，在流域算法中加入用户信 息，使得分割效率明显提高。 在图像彩色增强阶段，依据人眼对色彩分辨特征，采用适合于医学图像的伪彩色 编码，将灰度医学图像转化为彩色，并通过基于人眼视觉统计特性假彩色增强对图像 整体色彩矫正。 在图像三维重建过程中，首先采用改进的流域分割算法将选定器官组织从医学体 数据中分离出来，然后通过灰度－彩色变换将各器官图像赋予合理的色彩，再将各组 织合成绘制出具有三维效果的彩色图像， 最后通过假彩色处理对图像的整体色彩矫正， 使矫正后的图像特征符合人眼视觉统计特性。 本文实现了基于分割的三维医学图像彩色化显示系统，该方法对图像灰度特性的 变化具有良好的适应性。实验结果表明通过本文方法处理后的彩色图像与原灰度医学 图像相比较，分辨率显著提高，色彩柔和，更适合于人眼观察，各组织器官色彩区分 明显，突出了感兴趣组织。在辅助医疗诊断中，对提高诊断准确性和科学性及诊断水 平有很大帮助。 关键词：医学图像，图像分割，流域算法，伪彩色增强。