LabVIEW使用DSA技术从X射线图像测量肺气容量

LabVIEW使用DSA技术从X射线图像测量肺气容量

相衬X射线（PCX）成像技术利用相邻介质之间折射率的微小差异来增强传统X射线成像通常不可见的物体的边界。事实证明，这一进展在一系列生物医学和材料科学中非常有益于材料表征、疾病检测以及解剖形式和功能的研究，可以从PCX图像中提取有关对象结构的定量信息。空气/组织边界折射率的显着差异使肺非常适合PCX成像实验。在肺部成像的背景使用PCX成像近乎实时地测量体内区域肺空气量。这项工作表明，可以使用时间依赖性的二维X射线成像序列来定量测量单个均质材料的体积变化，即使该材料嵌入其他材料中。使用相位或衰减对比度，当使用单色X射线（例如同步辐射源提供的X射线）时，都可以提取定量体积。通过将动物放入水管中并测量随着肺部扩张和置换水而水的衰减变化，可以测量区域肺空气体积。

首先，假设整个物体由水组成，将图像转换为投影水厚度的地图。投影厚度的总和会产生体积信息。由于只有水的体积在连续帧之间发生变化，因此可以定量测量水量的差异并直接推断肺空气量的变化。对于相衬图像，采用单图像相位检索算法重建投影厚度图。这项肺部影像学研究的目的是使用早产兔幼崽模型评估不同复苏策略的有效性，以预防呼吸机引起的肺损伤。在这种特殊情况下，PCX成像是合适的，因为它有助于观察肺部如何通气，一直到末端气道。这项研究的结果有助于临床医生为早产儿选择最有效和安全的通气策略。量化区域曝气对于确定每种策略的有效性至关重要。使用当今的标准个人计算机，提取定量的区域肺容量测量值是一个耗时的过程。这意味着在采集过程中不可能使用图像进行近乎实时的反馈，并且必须事后评估通风策略。执行时间长的主要原因是：

1）每帧大量的计算和内存操作; 

2）每只动物使用数千张图像来逐次呼吸计算肺气量；

3）使用高分辨率图像（例如，典型的图像尺寸约为2，000×1，700像素）。然而，通气策略的实时反馈可以显着有益于研究人员在实验期间优化通气策略。

分割过程将图像划分为其组成部分或对象。一般来说，自主分割是数字图像处理中最困难的任务之一。坚固的分割程序使该过程在成功解决需要单独识别对象的成像问题方面有很长的路要走。另一方面，弱或不稳定的分割算法几乎总是保证最终失败。一般来说，细分越准确，识别成功的可能性就越大。在机械通气期间在几组兔幼崽胸部的PBI图像上成功测试了TS算法。选择肺充满液体且无肺通气的胎儿图像，并从通气期间记录的每个图像中暂时减去。在充气胸部图像中看到的斑点图案是由X射线会聚产生的，这是肺泡模拟模拟凹陷复合折射透镜的结果.由于使用非曝气图像，计算出的体积差异大约等于曝气图像中的总肺空气体积;因此，可以测量绝对而不是相对肺气量。

肺空气容量测量包括三个步骤，包括：减法、分割和分析

减法

减法类型是时间减法。胸部图像的时间减去需要仔细的图像对齐或配准，以校正呼吸期间胸廓的运动和主体姿势的移动。在这种类型的减法中，肺与胸廓分开。时间减法涉及数字化相位图像与掩模图像的比较。在这里，减去掩模和相位图像，从而最终将减去的二进制图像转换为灰度图像

细分

分割涉及将肺分割成具有充满液体的肺的胎儿图像的各个部分，并且没有选择肺通气并从通气期间记录的每个图像中暂时减去。

分析

首先考虑在时间点1和2处物体出口面平面上的两个基于M×N像素吸收的图像。接下来，通过投影厚度之差计算投影厚度，并求和到给定范围。最后，可以测量肺空气。

给出的是减法前后获得的图像。当比较两个图像时，减去后拍摄的图像的分辨率会增加。因此，肺部图像的数字化和减法在生物医学领域发挥着重要作用。

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 使用LabVIEW进行程序编码有助于了解减法、分割和分析的过程。从PBI胸部图像的胸部区域分离肺，并根据时间减法获得肺的分割。可以使用该技术测量区域肺空气量的任何变化，并且可以在呼吸过程中以高空间和时间分辨率测量区域肺容量的变化，X射线剂量远低于使用计算机断层扫描所需的剂量。