Компьютерные технологии обработки и анализа медицинских изображений

Среди информационных сигналов, регистрируемых в процессе МБИ, значительное место занимают изображения, наиболее распространенным примером которых являются рентгенорадиологические изображения или рентгенограммы.

Анализ рентгенограмм по-прежнему остается одной из наиболее распространенных диагностических операций, проведение которой, тем не менее, сопровождается достаточно высоким процентом ошибочных заключений. Это обусловлено тем, что рентгенограмма представляет собой наложение плоских проекций органов, располагаемых по ходу рентгеновского излучения. Это обстоятельство осложняет визуальный анализ рентгенограммы специалистом в интересах решения конкретной диагностической задачи.

В интересах повышения диагностической информативности рентгенограмм традиционно используют процедуру контрастирования, предполагающую введение в организм пациента специальных веществ, изменяющих радиопрозрачность исследуемых органов.

Однако, наряду с процедурой контрастирования повысить информативность рентгенограмм можно за счет использования специальных методов их компьютерной обработки и анализа.

Выделим основные задачи, возникающие в процессе обработки рентгенограмм. Однако, прежде введем некоторые обозначения, которые будем использовать в дальнейшем.

Любое черно-белое изображение может быть описано с помощью зависимости R(x, y). Эта зависимость задает значение яркости R в точке изображения с координатами (х, у). Применительно к черно-белому изображению значения яркости представлены 256 значениями, причем R(x, y) = R­_min = 0 соответствует черному цвету, а значение яркости R(x, y) = R­_mах = 255 соответствует белому цвету. Промежуточные значения яркостей соответствуют оттенкам серого цвета различной интенсивности.

Компьютерная обработка изображений базируется на их описании не физическими координатами (х, у), а на их представлении дискретными координатами k₁ = 0, 1, 2, …, N и k₂ = 0, 1, 2, …, M. Связь между физическими и дискретными координатами точек изображения описывается выражениями:

х = k₁∙q₁, k₁ = 0, 1, 2, …, N

у = k₂∙q₂, k₂ = 0, 1, 2, …, M

где q₁, q₂, - интервалы дискретизации изображения по осям Ох и Оу соответственно.

К числу основных задач, возникающих в процессе обработки рентгенограмм, относятся следующие:

1. Повышение качества рентгенорадиологических изображений. Т.е. получение изображения, наиболее удобного для его последующего визуального анализа специалистом.

Необходимость повышения качества изображений обусловлена тем, что практическое получение любого изображения предполагает использование изображающего устройства. Работа такого устройства сопряжена с необходимостью преобразования сигналов и их последующей передачей по информационным каналам.

Все эти операции несут в себе опасность появления помех, наличие которых приводит к тому, что реальное изображение R(k₁, k₂) на выходе изображающего устройства всегда будет отличаться от истинного (k₁, k₂) или идеального изображения. Искажающее влияние помех приводит к тому, что реальное изображение будет малоконтрастным или зернистым. Таким образом, возникает необходимость устранения искажающего влияния помех, объективно возникающих при работе изображающего устройства. Для этой цели используются:

- методы линейного контрастирования изображений;

- методы медианной фильтрации изображений.

2. Повышение диагностической информативности изображений.

Общей целью методов этой группы является выделение объектов на рентгенограмме, которые представляют интерес с точки зрения решения конкретной диагностической задачи и, напротив, устранение деталей изображения, которые не являются значимыми для решения конкретной диагностической задачи.

Для решения задач этой группы наиболее широко используются следующие методы:

- методы пороговой обработки изображений (методы бинаризации изображений);

- методы преобразования яркостного среза;

- методы выделения границ объектов на изображениях;

- методы препарирования изображений;

- методы геометрических преобразований изображений.