醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖技術(shù)研究及發(fā)展

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【摘要】在醫(yī)學(xué)超聲波圖像中對圖像進(jìn)行豆剖有助于對于圖像的定量分析和定性分析，圖像豆剖與后續(xù)的分析和處理工作密切相關(guān)。到目前為止，雖然有許多記錄中都有大量的圖像豆剖方法，但是在面對復(fù)雜且困難程度較高的醫(yī)學(xué)超聲圖像，這些方法的作用往往很小，至于起不到任何作用。文章在分析醫(yī)學(xué)超聲圖像特性的基礎(chǔ)上，對醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖方法進(jìn)行統(tǒng)一的論述和評價，并對它發(fā)展的趨勢進(jìn)行預(yù)測。

【關(guān)鍵詞】圖像分割；醫(yī)學(xué)超聲圖像；分割算法

1傳統(tǒng)圖像處理領(lǐng)域中的意識產(chǎn)生圖像豆剖

1.1基于邊緣檢測的方法

基于邊緣檢測的豆剖方法是通過相鄰像素之間的特征的改變來獲得不同區(qū)域之間的邊緣，邊緣點(diǎn)的判斷依據(jù)是檢測點(diǎn)的本身和與它相鄰的點(diǎn)，具體包括局部微分算子，例如：Roberts梯度算子、Soble梯度算子和Canny算子，面對不同的超聲圖像，有著不同的算子、通過不同的手段來檢查這些邊緣點(diǎn)。通過實(shí)驗表明，邊緣檢測方法獲得邊緣信息通常是因為這些信息不夠突出而產(chǎn)生的空間，無法形成包圍物體的封閉曲線，這就要求根據(jù)這些離開的邊緣點(diǎn)采用一定的追蹤、連接算法規(guī)劃出有意義的物理范圍。同時，噪聲增大時邊緣檢測豆剖方法的圖像會形成比較多的假邊緣，對去除噪音提出出了比較高的要求。這個問題在醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖中顯得極其重要。

在醫(yī)學(xué)超聲波圖像中圖像豆剖有助于圖像的定位、定量分析、定性研究，圖像豆剖與后續(xù)的分析和處理工作有著密切關(guān)系。正確的豆剖是從超聲圖像中為臨床應(yīng)用，目的是能夠準(zhǔn)確提取與診療相關(guān)聯(lián)的消息同時也是臨床中進(jìn)行定量分析和通過計算機(jī)對臨床輔助操作中進(jìn)行每一個時刻的監(jiān)測、對信息進(jìn)行精準(zhǔn)分析的十分重要的環(huán)節(jié)。到目前為止，自動或半自動化方面超聲圖像與CT、MRI之間仍有很大的差異性，但是超聲成像因為有獨(dú)特的無損性、能夠隨時的都進(jìn)行檢測以及低于平常的價錢，并且在定量分析、實(shí)時監(jiān)控以及醫(yī)治規(guī)劃等方面都有很大的發(fā)展能力，因此超聲圖像的豆剖在近年來越來越被人們所關(guān)注。因為本身所組成的部分十分復(fù)雜，醫(yī)學(xué)超聲圖像的豆剖在事實(shí)上是一件非常難以達(dá)到的事情，到現(xiàn)在不就是一個沒有被解決的世界性難題。目前，在臨床應(yīng)用中對超聲圖像系統(tǒng)進(jìn)行豆剖最為主要的陳海是基于闕值法和大夫手動豆剖兩種辦法。闕值豆剖法雖然應(yīng)用簡單方便，但是在超聲圖像中會出現(xiàn)斑點(diǎn)噪音和出現(xiàn)的紋路使得圖像不能獲得一個較高的清晰度。手動豆剖法在實(shí)際操作起來最為便捷，最后得出的結(jié)果也可以被接受和采納，但是沉重的工作量和較長的時間通常會是大夫和病人都難以忍受。因此，用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化和半自動化的工作方法是在臨床應(yīng)用上更快捷，更為高效的實(shí)現(xiàn)超聲圖像豆剖的理想選擇。

1.2基于區(qū)域生長的方法

區(qū)域生長的方法是根據(jù)區(qū)域內(nèi)部的均勻性給圖像進(jìn)行豆剖，主要是基于豆剖和合并技術(shù)和隨機(jī)場的技術(shù)作為基礎(chǔ)。豆剖和合并技術(shù)的區(qū)域生長法分為合并、豆剖、、豆剖-合并這三種方式。合并的主要方式是將圖像分紅許多小的基本區(qū)域，依據(jù)特定的均勻性進(jìn)行判決從而進(jìn)行合并，形成一個范圍，面積更大的區(qū)域。分類的方法是將整幅圖像作為原始豆剖圖像，如果到豆剖的結(jié)果不能保證足夠的均勻，就將其豆剖成四個方形區(qū)域。合并-豆剖相互結(jié)合的方法是將相鄰且具有相似特征的區(qū)域進(jìn)行合并，然后將具有不明顯均勻特征的區(qū)域進(jìn)行豆剖。這三種方式對圖像的質(zhì)量，尤其是銅與物體內(nèi)部的灰度均勻性的要求極高，否則很容易出現(xiàn)過甚合并，和過甚分離的情況。對于醫(yī)學(xué)超聲圖像，極少數(shù)人采用這種方式，在使用的過程中，也是與其他方式相結(jié)合，所以關(guān)于這樣的描述少之又少?；陔S機(jī)場技術(shù)的圖像豆剖方式是空間區(qū)域相互作用模型隨機(jī)場對圖像進(jìn)行模型的創(chuàng)建，與概率的知識和模擬退火相結(jié)合對圖像進(jìn)行細(xì)化從而方便豆剖。運(yùn)用這種方法有時候極易產(chǎn)生錯誤的分類，對于紋理和范圍難以隔絕，因此在超聲圖像豆剖中的應(yīng)用需要進(jìn)一步的分析和探索。為了避免這種錯誤分類，他需要更加精確的技術(shù)進(jìn)化。

1.3其它豆剖技術(shù)

圖像豆剖是一個具有較高要求的并且有著十分廣泛的應(yīng)用，許多年來多數(shù)的研究人員從以上的幾個方面對圖像進(jìn)行豆剖，并且積極的與其它學(xué)科的知識相結(jié)合對圖像豆剖進(jìn)行嘗試，比如創(chuàng)建起積分幾何、運(yùn)用隨機(jī)理論、采用恍惚理念和時頻分析為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、恍惚聚類法、小波轉(zhuǎn)變法等，并且得出了一系列的研究結(jié)果。作為圖像豆剖的一個分支，醫(yī)學(xué)超聲圖像紛飛的研究與所有的豆剖技術(shù)都有交集，但是效果卻欠差人意，在臨床中難以得到應(yīng)用和推廣。因為本身所組成的部分十分復(fù)雜，醫(yī)學(xué)超聲圖像的豆剖在事實(shí)上是一件非常難以達(dá)到的事情，到現(xiàn)在不就是一個沒有被解決的世界性難題。目前，在臨床應(yīng)用中對超聲圖像系統(tǒng)進(jìn)行豆剖最為主要的陳海是基于闕值法和大夫手動豆剖兩種辦法。闕值豆剖法雖然應(yīng)用簡單方便，但是在超聲圖像中會出現(xiàn)斑點(diǎn)噪音和出現(xiàn)的紋路使得圖像不能獲得一個較高的清晰度。手動豆剖法在實(shí)際操作起來最為便捷，最后得出的結(jié)果也可以被接受和采納，但是沉重的工作量和較長的時間通常會是大夫和病人都難以忍受。因此，用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化和半自動化的工作方法是在臨床應(yīng)用上更快捷，更為高效的實(shí)現(xiàn)超聲圖像豆剖的理想選擇。

2變形模型醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖

為了解決上述傳統(tǒng)圖像豆剖技術(shù)中出現(xiàn)的困難和問題，在最近幾年中，研究人員以形變模型的圖像為基礎(chǔ)對于豆剖算法進(jìn)行了更為寬泛的研究和應(yīng)用，并且取得了重大的進(jìn)展。接下來對動態(tài)規(guī)則模型、活動詳情模型和水平集模型的超聲圖像豆剖辦法進(jìn)行討論。

2.1基于動態(tài)規(guī)劃模型的醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖

動態(tài)規(guī)劃算法的基本思想：人員在原圖像上選擇特定的點(diǎn)作為初始點(diǎn)和終止點(diǎn)，對原始圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)變從而得到初始價格陣，目標(biāo)邊緣部分對應(yīng)位置的價格比較低，其他的價格較高，從初始價格陣和規(guī)定的初始點(diǎn)計算積聚價格陣，最終由終止點(diǎn)方向反向追蹤到初始點(diǎn)，最終獲得所需要的范圍詳情。以往的研究結(jié)論中運(yùn)用DP算法對于不同的醫(yī)學(xué)超聲圖像進(jìn)行豆剖并且得到了相對令人滿意的豆剖結(jié)果。文章對著種算法在醫(yī)學(xué)上的超生圖像進(jìn)行實(shí)際的豆剖操作，結(jié)果如圖一所示。通過實(shí)際實(shí)驗我們不難發(fā)現(xiàn)通過算法得到全局的最優(yōu)解的同時具有一定的抗干擾能力。但是仍舊存在以下幾個缺陷：第一點(diǎn)運(yùn)算量過大：大部分的時間運(yùn)用的積累價格陣，在運(yùn)算中遇到了困難。第二點(diǎn)：超聲圖像通過自身固有的物理特性，產(chǎn)生較大的噪音，所以存在假性邊緣，在價格陣中出現(xiàn)條紋狀的低價格槽，會對運(yùn)算造成干擾和影響，難以得到正確的結(jié)論。第三點(diǎn)：人工選取的初始點(diǎn)和終止點(diǎn)對結(jié)果有著嚴(yán)重的影響，這可以從圖一體現(xiàn)出來，不同的初始點(diǎn)和終止點(diǎn)最終的結(jié)果也都不盡相同。

2.2基于活動詳情模型得到醫(yī)學(xué)超生圖像豆剖

活動詳情線模型，又被稱作Snake模型，自從Kass在1978年提出，這種模型已經(jīng)整體運(yùn)用于數(shù)字圖像分析和對于計算機(jī)視覺等方面。依據(jù)近些年的研究數(shù)據(jù)體現(xiàn)出，主動詳情線模型有著強(qiáng)悍的提取和追蹤特定區(qū)域內(nèi)所想要去的的目標(biāo)的功能，所以適用于醫(yī)學(xué)圖像比方CT、MBI和對于超生圖像的處理，從而獲得想取得的器官和組織的詳情。有研究人員以活動詳情模型為基礎(chǔ)，對醫(yī)學(xué)超聲圖像的豆剖進(jìn)行深入的探索和研究。文章一梯度矢量流主動詳情線為模型和基礎(chǔ)，對軟組織中的腫瘤圖像進(jìn)行豆剖嘗試，達(dá)到了預(yù)期的理想效果。

3討論和展望

通過分析可以看出，僅僅使用傳統(tǒng)的圖像豆剖技術(shù)對醫(yī)學(xué)超聲圖像的豆剖通常很難得到令人認(rèn)可的結(jié)果，；最近高速發(fā)展的形變模型豆剖技術(shù)雖然可以獲得不錯得醫(yī)學(xué)超聲圖像，但是仍然存在許多的問題。

（1）外力和運(yùn)動速度函數(shù)的對圖像的設(shè)計；

（2）能夠更好的拓展形變模型；

（3）結(jié)合模型的好處，提升豆剖效果，加快豆剖的速率；

（4）從二維向三維豆剖進(jìn)行推廣。重中之重的是要將臨床實(shí)際與理論相互結(jié)合。

4總結(jié)

以最近的形勢而言，我們可以看到在現(xiàn)在的社會當(dāng)中。許多年來，大多數(shù)的人就人員一直在這個方面進(jìn)行研究和探索，并取得了一定的成就。但是因為這些方法通常只能對一些特定的應(yīng)用和目標(biāo)區(qū)域與背景區(qū)域有著明顯灰差的超聲圖像具有很好的效果，但是面對多數(shù)的超聲圖像則起不到作用，因此很難在臨床中加以應(yīng)用也得不到人們的認(rèn)可。但隨著近年來一些新興的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，醫(yī)學(xué)超聲圖像豆剖也到了高速的發(fā)展時期，尤其是幾十年發(fā)展起來的形變模型例如動態(tài)規(guī)劃法、活動詳情模型、水平集等技術(shù)的發(fā)展表明了發(fā)展的方向和趨勢，圖像豆剖由平面二維豆剖向三維豆剖轉(zhuǎn)變。

【參考文獻(xiàn)】

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作者:王琳璐 單位:北京市清華大學(xué)玉泉醫(yī)院