直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

中国科学技术大学

博士学位论文

直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

姓名：谌家喜

申请学位级别：博士

专业：模式识别与智能系统

指导教师：周荷琴

20080401

直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

摘要

摘要

随着人们日常生活水平的提高，越来越多的人开始注重医疗保健，国家也

投入了大量的人力物力来推进医疗水平的提高。医学影像诊断是～种常规的医疗检查方式，在疾病诊治及企事业单位和个人的体检中得到广泛应用，其中，

又尤以Ｘ射线成像的检查居多。在材料科学和计算机技术发展的带动下，Ｘ射线成像已经从原来的胶片成像走进了直接数字化Ｘ射线成像（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ，ＤＲ）时代。在更快更好成像的同时，数字化Ｘ射线成像也带来了一些问题：曝光系统的自动化控制，Ｘ射线到电子信号的转化，成像系统的校正，以及Ｘ射线数字图像的处理。对ＤＲ系统成像方法进行研究，不仅能改善数字化Ｘ射线图像质量，提高医院影像科的疾病诊治水平，还可为其它医学成像模式的研究提供借鉴，更可为进一步的计算机辅助诊断打下基础。由此可见，ＤＲ系统成像方法研究具有重要的理论意义和应用价值。

本论文从ＤＲ系统的图像形成过程出发，研究了相关环节中的关键问题，即

高压发生器控制、图像采集和校正、图像后处理，目标是实现ＤＲ系统的优化控制，并获取更好的Ｘ射线数字图像。高压发生器是Ｘ射线球管的电力供给装置，在成像过程中需要和计算机系统有良好的配合，以控制曝光流程并配合曝光参数交换；Ｘ射线透射过人体后到达接收装置，根据成像原理和材料特性，图像采集和图像校正主要解决从Ｘ射线到计算机数字存储中的能量转换问题：图像后处理是在Ｘ射线数字图像的基础上，运用多种图像处理算法，进一步提高图像质量，以满足实际应用的需求。本文对ＤＲ系统成像进行了深入的研究，取得了以下成果：

（１）通过对原有ＤＲ系统控制台接口龟路的改造，用ＰＣ机串口和相应的软件实

现了计算机与高压发生器之间的通信，操作者只需坐在ＰＣ机前就可以方便

地控制高压发生器，不需要在多个控制台之间进行较为繁复的操作，既加

快了摄片的流程，还节省了ＤＲ系统的硬件成本，并且为实现ＤＲ系统的参

数自动化控制打开了新思路。

（２）在研究了ＤＲ系统图像采集中的信号控制问题后，设计了平板探测器状态控制和数据处理流程；提出了原始图像的隔行扫描及其区域交换算法，解决

直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

摘要

了如何将原始图像调整为正常的Ｘ射线图像的问题，并在此基础上设计了

ＤＲ图像的采集、显示和存储程序。分别对水模和人体部位进行了Ｘ射线成

像测试，实验结果表明了该方法的准确性和可靠性，解决了ＤＲ图像采集过

程中的信号控制和图像处理的问题。获取的Ｘ射线数字图像真实有效，并

已经被应用于医院的ＤＲ系统。

（３）结合ＤＲ系统成像原理及图像采集过程，从Ｘ射线到计算机数字图像过程中

的能量转换角度，详细研究了由Ｘ射线光场不均匀性和平板探测器的像元

响应不一致性带来的图像噪声，并针对各种影响因素，采取了相应的校正

方法。最后，针对现场系统的Ｘ射线场不可测性，提出了一种新的整体校

正理论，设计并实现了一种行之有效的现场操作算法。

（４）研究了多幅ＤＲ图像的拼接问题，提出了基于特征点的图像配准算法，并使

用加权平均法对图像进行了融合，解决了ＤＲ图像拼接中亮度相差较大、相

似特征点较多和位移较大以及处理时间较长等问题，并在此基础上设计了

ＤＲ图像的拼接算法程序。分别对物体和动物鱼以及人体进行了Ｘ射线摄影，

做了图像拼接实验，取得了较好的拼接效果。

（５）研究了Ｘ射线图像中的曝光区域特性，提出了Ｘ射线图像曝光区域自动检

测出算法，并进一步对图像进行自动裁剪，减少了图像的存储空间，方便

于医生的操作和诊断。在此基础上，提出了一种可伸缩性图像增强算法，

使得图像整体和细节都有较好的改善，进一步提高图像质量；最后，采用

优化的窗宽窗位算法来显示图像。

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关键词：高压发生器平板探测器曝光控制Ｘ射线光场图像配准

区域检测可伸缩性图像增强Ｕ

直接数字化X线摄影系统图像处理方法研究

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