医学图像彩色化相关--20201208论文笔记An Introduction to Color in Medical Imaging

2.改进颜色融合的医学图像彩色化技术

摘要：彩色化后的医学图像能清晰体现患者病灶信息有利于医患沟通。提出改进颜色融合的医学图像彩色 化方法，首先利用基于 ＫＮＮ 的图像前背景区分算法，强化病灶区域的边界信息；然后以此为约束条件，只需提供 简单的着色输入；最后将边界能量引入颜色融合方法，得到较好的着色结果。着色图像保持了原图的灰度信息 不变，增加了彩色标记图像的颜色和真实感。实验结果表明，该算法具有较高的精确度，可有效地应用于医学图 像彩色化处理。

3.An Introduction to Color in Medical Imaging

摘要：放射学领域可以追溯到1896年，第一次用伦琴对胶片进行直接x射线曝光。在接下来的80年里，黑白胶片的x光曝光，以及随后的计算机断层扫描、超声波扫描和磁共振成像扫描的计算图像，主宰了医学成像的硬拷贝世界。在20世纪80年代早期实时彩色多普勒成像技术的发展之前，彩色的使用主要是实验性的和有限的。从那时起，随着三维可视化和多模态或多光谱图像的广泛应用，色彩的使用迅速增长。将解剖信息与额外的功能或分子信息相结合的成像技术的迅速发展，将色彩推到了前沿，因为在渲染中需要融合额外的信息。因此，在伦琴实验的100年后，一个世纪的单色成像正在让位给医学图像的彩色显示的新兴需求。

1900-1980黑白时代

主导的电影的直接接触x射线放射成像至少伦琴的最初接触后的第一个世纪人类的手(图1)。由于认识的提高需要限制接触x射线,主要的早期发展的重点是增加电影的敏感性,和发展中造影剂增强血管和吸收器官和病变的对比。20世纪下半叶发展了许多获取层析成像和三维图像数据集的新技术;然而，直到20世纪80年代早期，大多数计算机断层扫描(CT)、超声波扫描和磁共振成像(MRI)扫描都被渲染和解释为单色图像(图2-4)。早期使用同一对象的多个x射线曝光涉及的颜色使用不同的x射线能量(图5中可用的颜色作为补充材料IS&T,网站,www.imaging.org) .1It实证事实x射线的吸收在骨骼和软组织依赖于x射线源的波长(能量)。因此，不同x射线波长的多次曝光，当呈现为彩色通道信息时，研究了它们可能包含的额外差异信息。然而，这种技术有一些缺点，包括需要较高的x射线总曝光，并没有得到广泛的应用。

图1所示。威廉·伦琴和他妻子的手的x光片  http://www.learnxrf.com

图2。计算机断层扫描CT  人体肝脏图像。   图3。肾脏的超声图像。   图4。脊柱矢状面MRI图像。   

图5。第一张老鼠的彩色x光照片。图片显示并比较每一个点上三个独立的信息片段。这三种底片分别是在铁、钼和银的阳极上以40kv、60kv、80kv拍摄的。 医学图像和显示器。 www.imaging.org

1980-2000年的新颜色时代

20世纪80年代早期，一家名为Aloka的超声成像公司推出了一种实时彩色多普勒扫描仪。以前的超声波(以及没有专门对比协议的x射线和CT扫描)无法量化的血流速度现在可以以每秒多帧的速度显示出来。流向扫描仪换能器的血流被编码为红色，饱和度越深表示速度越快。从扫描器流出的血液换能器被编码成蓝色。额外的信息,如流的湍流进一步编码颜色,使用绿色或另一个色相和饱和度组合(图6中可用的颜色作为补充材料IS&T,网站,www.imaging.org) .2The可视化能力的一个重要生理参数,血液流动的方向,速度,包括定时对心脏收缩周期,被医学界随时欢迎。在几年的时间里，每台高端超声扫描仪都具备了先进的彩色多普勒功能(图7可在IS&T网站www.imaging.org上提供彩色补充材料)。这个例子说明了一个普遍的原则，即解剖学以外的新信息需要颜色，并且自然地利用颜色将信息叠加在黑白解剖图像上。这种广泛而突然的彩色在医学成像中的传播为彩色硬拷贝设备的静态帧和彩色VCR记录的实时彩色视频序列创造了新的机会。后来，在20世纪90年代，大脑活动的功能MRI (f-MRI)图像(图8)以及用于显示白质纤维束的MRI弥散张量图像(图9)的发展，也在解剖图像上产生了彩色叠加。在此期间，颜色的另一个新用途是由于越来越多的3D图像数据采集，特别是CT和MRI扫描仪。新电脑工作站在此期间的可用性使它实际渲染3 d可视化的骨头、血管、器官和肌肉堆分段离散对象的二维图像,然后运用可视化技术显示3 d渲染(图10中可用的颜色作为补充材料IS&T,网站,www.imaging.org)。一种自然的倾向是把骨头变成白色，血管变成红色，肝脏变成深栗色，等等来模仿这些结构的典型颜色。4然而，在这个时代，这些颜色渲染仅限于实验用途，因为分割和渲染可视化需要大量的劳动。此外，诊断的主要任务继续依赖于高分辨率的单色层析图像的原始状态，然后进行后期处理进行3D渲染。

另一种颜色的使用在很大程度上仍处于实验阶段(或者没有得到广泛应用)，那就是在超声成像中使用称为“b色”的微妙颜色阴影(如图)。5人类心理视觉实验表明，与使用传统的单色显示器进行同样的任务相比，在高对比度图像中微妙地使用颜色深浅可以增强对低对比度病变的检测。需要注意的是，这些不是色彩显示工作站早期臭名昭著的花哨的“伪颜色”映射。相反，一些细微而连续的颜色变化伴随着强度被发现可以增强人类的视觉检测任务。B-color已经作为一种选择在一些高端扫描仪上，很容易实现，只需按一个按钮。然而，它还没有适应广泛的日常使用。这个例子和3D渲染的例子表明，放射科医师对传统的单色图像有强烈的偏好，除非有新的和额外的生理数据可以用于彩色渲染，就像f-MRI和彩色多普勒一样。

图6。彩色多普勒图像由Aloka SSD-880CW彩色多普勒系统采集。这是世界上第一个显示彩色实时血流成像的系统。   图7。彩色多普勒显示颈内动脉狭窄患者的纵向图像。颈内动脉呈狭窄区，增加。蓝/黄模式表示的流程。  图8。f-MRI技术在医学诊断和神经科学中的应用。   图9。MRI图像与MRI弥散张量图像的比较。

图10。彩色3 d渲染。 图11。b色调色板用于增加对比，强调半月板撕裂。?使用PowerVision 6000超声波系统制作临床图像。 图12。PET/CT显示肿瘤在喉软骨破坏和侵犯软组织的前部中线上延伸。

21世纪放射学的色彩

正电子发射断层扫描(PET)与CAT扫描成像(PET /CT)的结合实现了肿瘤检测的重大飞跃。6在这项技术中，局部摄取一种特殊的放射性标记葡萄糖被成像，以产生非常敏感的，但有点模糊的3D数据集。通过CT并发扫描，可以获得高分辨率的三维解剖图像堆栈，这些可以与PET扫描同步。通过这种方法，肿瘤生长引起的摄取“热点”可以在肝脏或淋巴结等特定结构上有把握地定位。为了将这个多通道信息可视化为一个共注册的3D数据集，颜色带来了直接的优势。再一次，我们可以从CT数据中得到首选的单色(或低饱和度)解剖图，再加上通过配色方案叠加的PET附加信息(在IS&T网站www.imaging.org上可以找到彩色图12)。虽然PET/CT扫描仪仍然有限的可用性和高成本，增长速度是惊人的。在美国和其他发达国家，PET/CT扫描的数量可能会继续快速增长，这些图像将需要彩色显示器和硬拷贝。前一节中提到的一些技术也正在从实验走向主流。具体来说，VirtualScopics (www.VirtualScopics.com)已经实现了复杂解剖结构的全自动3D渲染，这将颜色的使用扩展到新的领域，包括被称为“图像生物标记”的解剖结构随时间的变化。数字化放射学的PACs系统和更强大的工作站的同步传播，使得创建、操作和与3D彩色渲染的交流更加容易。其他快速扩展的多光谱数据来源来自分子成像化合物和探针的使用，以及MRI中的多脉冲序列。在这些技术中，可以获得额外的数据，并且这些信息必须与解剖参考图像同步。色彩仍然是实现理想合成的主要工具。需要指出的是，彩色图像的快速增长并不一定预示着单色图像的结束。在可预见的未来，数以亿计的乳房x光片、胸部x光片、超声波扫描、CAT扫描和MRI扫描将继续被解读为单色图像。然而，越来越多的功能和生理数据将继续推动先进技术进入标准的颜色格式。