一种医用X射线影像增强处理用灰度等级线性处理方法 【技术领域】
本发明属于医用X射线影像增强处理技术领域，尤其是涉及一种医用X射线影像增强处理用灰度等级线性处理方法。
背景技术
医用X射线影像增强器电视系统，可实时再现被测物体的动态透视灰度图像，被广泛应用到医学整形外科和创伤学、疼痛治疗、血管外科及泌尿系、胸部、胃肠等检查。透视图像的实现是依靠被测物体不同的密度分布对X射线吸收呈变化的一个灰度图像信息，所以医用X射线影像增强器电视系统的图像灰度鉴别等级是系统图像质量的一个重要指标。
物体密度不同对X射线的吸收呈非线形变化，即同一密度物体的厚度不同对X射线吸收呈非线形变化，关系如下：I＝I0e-μd，式中：I为穿过被测物体后的X射线强度，I0为穿过被测物体前的X射线强度，μ为被测物体的衰减系数，d为被测物体的厚度；e为自然对数底。由以上关系可以看出，被测物体的厚度增加对X射线的吸收呈指数衰减，当物体的厚度线形变化时，厚度较大部位，灰度鉴别能力将下降，实际使用中则可能出现无法显示被测物体厚度在较大范围内线形变化的全部灰度图像。如能线性显示物体厚度变化的灰度图像正是临床的需求。
在医用X射线影像增强器电视系统模拟时代，图像灰度鉴别等级测试卡(铝梯)的厚度增长是非线性，各级铝梯高度按I＝I0e-μd对X射线进行吸收，式中I呈线性变化而计算出被测物体的厚度d。此时在传统的X射线影像增强器电视系统中，对线性铝梯且厚度d大的阶梯，信号变化很小，无法显示出密度较大部分的灰级。
我们认为国内两份行业标准已落后于目前数字化影像的技术处理水平，具体而言对于医用X射线图像增强器电视系统性能参数及测量方法的SJ/T11094-96标准和对于医用X射线影像增强器电视系统通用技术条件的YY/T0608-2007标准，从以上两份标准均可看出，图像灰度鉴别等级测试卡的阶梯的厚度已按照I＝I0e-μd进行对数转换，使阶梯的厚度呈对数关系变化，形成了阶梯吸收X射线呈线形变化关系。这种图像灰度鉴别的测试方法，与实际使用情况不完全符合。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种医用X射线影像增强处理用灰度等级线性处理方法，其设计合理、使用操作简便且实现方便，能使得线形厚度变化物体的灰度图像在灰度上呈线形关系，因而具有广泛的应用前景且实用价值非常高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种医用X射线影像增强处理用灰度等级线性处理方法，所用的X射线影像增强器电视系统包括X射线影像增强器、图像采集设备、与图像采集设备相接的主控机和与主控机相接且由主控机进行控制的显示器，所述X射线影像增强器包括陶瓷管壳、对应设置在所述陶瓷管壳上的输入窗和输出窗以及布设在陶瓷管壳内部的增强处理控制电路，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、采用X射线影像增强器对自其输入窗进入的穿过被测人体相应部位的剩余X射线进行增强处理；
步骤二、采用图像采集设备对经X射线影像增强器进行增强处理且自X射线影像增强器输出窗输出的X射线进行采集并将光信号转换为对应表示X射线强度值I的电信号输出，其中X射线强度值I＝I0e-μd，式中I为穿过被测人体相应部位后的X射线强度，I0为穿过被测人体相应部位前的X射线强度，μ为被测人体相应部位的衰减系数，d为被测人体相应部位的厚度，e为自然对数底；
步骤三、采用主控机对图像采集设备所输出的电信号进行对数运算，即取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的对数，从而将图像采集设备所输出图像的灰度等级由非线性关系转换为线性关系；
步骤四、主控机控制显示器进行同步显示。
上述步骤三中所述的用主控机对图像采集设备所输出的电信号进行对数运算时，其对数底为e，即取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的自然对数。
上述步骤三中取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的自然对数时，使得I′＝(lnI0-dμ)k，式中X射线强度值I经自然对数运算后的参数值，且满足当d＝0时，I′＝klnI0＝I0。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计合理且使用操作简便、实现方便。
2、实用性强，现有的X射线影像增强器电视系统的实际应用时，被测物体线形厚度变化，在没有数字信号的对数转换时，无法线形灰度显示，为观察到密度较大的部位，只有提高kV，密度较小部位亮度饱和，这时既加大了射线剂量，又损失了密度较小部位的层次；为观察到厚度大的最后四级阶梯，需要提高10％的kV值，此时厚度小的前几级亮度饱和。如采用本发明，进行对数运算后，在不提高kV的情况下，可同时观察到10级阶梯。
3、应用前景广泛，实际临床使用，如采用图像数字信号对数转换可使人体在减少剂量10％的同时，更大范围地观看到人体透视图像的层次，使图像质量得到大幅度提高。
4、随着数字化技术的发展，计算机数字处理速度地提高，完全可以将线性厚度变化的被测物体在影像时呈线性灰度显示。我们认为国内两份行业标准已落后于目前数字化影像的技术处理水平。如能适当时候进行行标的修订解决灰度鉴别等级检测方法，将大大提高行业制造厂商的产品水平，提高我国医学影像产业的国际竞争力。
综上所述，随着数字化技术的发展与运算速度的提升，我们希望看到的是厚度呈线形变化，X射线吸收呈指数衰减，再由数字处理进行对数变化，最后显示线形厚度变化物体的灰度图像在灰度上呈线形关系，因而本发明具有广泛的应用前景且实用价值非常高。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明所选用的阶梯卡结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为采用本发明处理前的图像灰度关系示意图。
附图标记说明：
1-阶梯卡。
【具体实施方式】
如图1所示，本发明医用X射线影像增强处理用灰度等级线性处理方法，所用的X射线影像增强器电视系统包括X射线影像增强器、图像采集设备、与图像采集设备相接的主控机和与主控机相接且由主控机进行控制的显示器，所述X射线影像增强器包括陶瓷管壳、对应设置在所述陶瓷管壳上的输入窗和输出窗以及布设在陶瓷管壳内部的增强处理控制电路，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、采用X射线影像增强器对自其输入窗进入的穿过被测人体相应部位的剩余X射线进行增强处理；
步骤二、采用图像采集设备对经X射线影像增强器进行增强处理且自X射线影像增强器输出窗输出的X射线进行采集并将光信号转换为对应表示X射线强度值I的电信号输出，其中X射线强度值I＝I0e-μd，式中I为穿过被测人体相应部位后的X射线强度，I0为穿过被测人体相应部位前的X射线强度，μ为被测人体相应部位的衰减系数，d为被测人体相应部位的厚度，e为自然对数底；
步骤三、采用主控机对图像采集设备所输出的电信号进行对数运算，即取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的对数，从而将图像采集设备所输出图像的灰度等级由非线性关系转换为线性关系；
步骤四、主控机控制显示器进行同步显示。
步骤二中所述图像采集设备为数字摄像机。步骤三中所述的用主控机对图像采集设备所输出的电信号进行对数运算时，其对数底为e，即取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的自然对数。并且，取所述图像采集设备所输出X射线强度值I的自然对数时，使得I′＝(lnI0-dμ)k，式中X射线强度值I经自然对数运算后的参数值，且满足当d＝0时，I′＝klnI0＝I0。
结合图2、图3，本实施例中，选用一个线形厚度变化的图像灰度鉴别等级测试卡即阶梯卡1进行试验，其阶梯卡1具体为20mm厚且含铝量为99wt％的铝材料阶梯卡，且铝梯呈每阶梯2mm变化，总共10级。
在X射线照射下，每阶梯吸收X射线后的强度表示如下：
I1＝I0e-μ×2；
I2＝I0e-μ×4；
I3＝I0e-μ×6；
I4＝I0e-μ×8；
I5＝I0e-μ×10；
I6＝I0e-μ×12；
I7＝I0e-μ×14；
I8＝I0e-μ×16；
I9＝I0e-μ×18；
I10＝I0e-μ×20。
设I1＝0.8I0，则计算得：
I2＝0.82I0＝0.64I0；
I3＝0.83I0＝0.51I0；
I4＝0.84I0＝0.41I0；
I5＝0.85I0＝0.33I0；
I6＝0.86I0＝0.26I0；
I7＝0.87I0＝0.21I0；
I8＝0.88I0＝0.17I0；
I9＝0.89I0＝0.13I0；
I10＝0.810I0＝0.11I0。
从图5可以看出，若不进行对数运算，图像的灰度等级呈非线性关系，因而在铝梯较厚的等级里，当铝梯厚度增加时，X射线吸收后的强度的差别越来越小，从而造成难以分辨厚度较大的等级。
相应地，采用本发明对I1，I2....I10进行自然对数处理后，具体为I′＝(lnI0-dμ)k；
当d＝0时，通过k系数，使I′＝klnI0＝I0；
当d＝20mm时，认为X射线已被完全吸收，则
I10′＝klnI0-20μk＝0；
从而得到20μk＝I0，2μk＝0.1I0；
则I1′＝(lnI0-2μ)k＝0.9I0；
I2′＝(lnI0-4μ)k＝0.8I0；
I3′＝(lnI0-6μ)k＝0.7I0；
I4′＝(lnI0-8μ)k＝0.6I0；
I5′＝(lnI0-10μ)k＝0.5I0；
I6′＝(lnI0-12μ)k＝0.4I0；
I7′＝(lnI0-14μ)k＝0.3I0；
I8′＝(lnI0-16μ)k＝0.2I0；
I9′＝(lnI0-18μ)k＝0.1I0；
I10′＝(lnI0-20μ)k＝0；
此时，可以看出：采用本发明对X射线强度值I进行对数变换后，各阶梯对X射线的吸收呈线形变化。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。