ImageJ软件在三维立体CT图像处理中的应用
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第 25卷 第 10期 文章编号: 1003-5850( 2012) 10-0009-04
电脑开发 与应用
(总 781) · 9·
Im ageJ软件在三维立体 CT图像处理中的应用
张 培, 李梦洁, 孙水发, 黄志勇
(三峡大学智能视觉与图像信息研究所, 湖北 宜昌 443002)
摘 要: 通过使用 Im ag eJ这款开放 源代码的图像处理软件对一组人头部颅内的 CT 切片 进行处理, 着重介绍了 Im ag eJ在三维 CT 图像处理中的应用。 给出了 Im ag eJ进行三维 CT 图像处理主要的操作方法和处理后的效果图, 为更好地使用 Im ag eJ对 CT 图 像进行三维处理提供参考。通过先计算各个感兴趣区域的面积, 再累加实现了三维模型体积的计算。如果进一步知道图像的物理分 辨率及 CT 切片的物理间距, 则 可以计算出感兴趣目标真实体积。
除目标外都由黑色填充。 点击 Ed it> > A d just slices, 如图 4( a), 会弹出一个调整窗口如图 4( b)所示, 分别 拖动 X 、Z 轴的滑块, 即可在 X 、Z 方向上切割图像, 结 果如图 4( c) ( d)所示。
此外, 还可以在 p lug ins> > 3D> > V o lum e v iw er 中对立体图像进行动态三维切割, 并可对所得切割图 伪色彩增强, 如图 4( f)所示。 由于人眼对彩色分辨的 能力远远大于对灰度的区分能力, 我们将灰度图像变 为彩色图像, 从而使观察者能从图像中取得更多的信 息。
( Ins titu te of I nte llig ent V ision and Im age I nf orma tion, Ch ina T hree G o rges U n iver sity, Y ichang 443002, China)
Abstract: T h rough the u se o f Im ag eJ an open sou rce im age proce ssing so ftw a re in the 3D CT im ag e p ro cessing, a set o f hum an in tracranial CT slices is pro cessed w ith Im ag eJ, T he screen sho ts o f opera tat ion and the pro cessed im ages in the 3D CT im ag e p ro cessing a re pre sen ted. T he area ca lcu la tion o f the reg ion o f in terest ( RO I) is ca rried ou t f irst ly, and the en tire vo lum e is ob tained by the area accum u la tion o f the reg ions. T he phy sica l vo lum e o f the ob ject can be ca lcu la ted w ith the relat ionsh ip o f the phy sica l un it and im ag e pix e.l
图 2 导入图像操作以及结果
2. 2 构建 3D 模型 在构建 3D 模型时, Im ag eJ软件将输入图片默认
为一张张切片, 并通过依次累加层叠每张切片实现对 其三维重构。设置切片之间间距后采用 Im ageJ软件内 部的 3D 查看器, 可以观测到非常形象的颅内动态三 维图。
导入细胞序列图后, 使用如下步骤构建颅内三维 模型。具体步骤如下: P lug in s> > 3D> > 3D V iew e r, 如图 3( a), 点击 3D V iew er后, 弹出一个新界面, 可以 独立操作, 默认是以 V o lum e的形式显示图像。 V iew > > Chang e backg round co lo r命令可以调整背景颜 色, 滑动鼠标可放大缩小图像, 使用滑轴调整图像至合 适 窗位 大小, 如 图 3 ( b )所 示。 点 击 V iew > > star t an im a t io n即可得到颅内片层动态三维图, 非常利于我 们观测颅内各个剖面。
里我们需要将图像二值化, 点击 P rocess> > B inary> > M ake B ina ry 即可完成二值化操作, 如图 6( c)所示。 如果尚未设置阈值, 该二进制化操作将分析当前选择 的直方图, 或整个图像, 如果没有选择, 设置自动阈值
水平, 创建二进制图像, 显示带有 S tacks的对话框转 换。
图 3 3D V iew e r的操作以及结果
3 立体图像切割 [2, 3]
如果把整个颅内看成一块面包, 将它切成一片一 片, 也就是这里的每一个断层图像, 以这种思想可分别 在 X , Y 和 Z 轴方向将其一层层切割, 便可观察到丰 富颅内图像信息。利用 Im ag eJ软件可以将三维颅内图 像进行立体切割, 切割过程在 Im ag eJ 3D V iew er窗口 中进行, 首先使用 Ed it> > D isp lay> > O r tho slice 命 令以 O rtho slice形式显示图像, 这时会发现图像区域
· 10· (总 782)
Im ag eJ软件在三维立体 CT 图像处理中的应用
2 01 2年
要在 Im ag eJ中导入一组图像序列。这里采用的是一组 含 45张切片的成年人头部颅内的 CT 切片为对象。首 先使 用 F ile> > Im po r t> > Im ag e S equence 命令 以 v ir tua l stack形式导入该组颅内图像序列, 步骤如图 2 ( a)所示, 结果如图 2( b)所示。
1 安装 Im ag eJ软件
Im ag eJ软件下载地址: h t tp: / / rsb. in fo. nih. g ov / ij /dow n load. h tm l. 选择对应的平台安装包, 下载后双 击即可 安装。 它可运 行于 M icro so ft W indow s、M ac o s、 L inux、和 S harp Z auru s PDA 等多种平台, 其主界 面如图 1所示。
第 25卷 第 10期
电脑开发与应用
(总 783) · 11·
4. 2 图像降噪处理
为了使图像更清楚地呈现, 需要对颅内图像进行 降噪处理, Im ag eJ软件中提供了多种滤波器, 其中最 常见的两种减少噪声滤波器为中值滤波器和均值 (低 通 )滤波器。 中值滤波器主要是对处理脉冲噪声 (也称 为椒盐噪声 )非常有效。而均值滤波器主要应用是去除 图像中的不相干细节, 即与滤波掩模尺寸相比较小的 像素区域。 我们在此使用均值滤波器来减少颅内图像 中的噪声, 使用 P roce ss> > F ilte rs> > M ean命令, 设 置半径像素为 2. 0 pix els, 操 作如图 5( a)、图 5( b) 所 示。 需要注意的是, 滤波器操作均为不可恢复操作, 所 以 我 们 需 要 选 择 P rocess> > F ilters> > M ean 后 Im ag eJ 软 件 会 提 示 使 用 P ro cess> > Ba tch > > V irtua l S tack命令来处理虚拟堆叠或者点击 Im age> > Dup lica te创建原图像副本。 若未进行以上操作, 均 值滤波过程不能进行, Im ageJ软件这一功能很好地避 免了图像的不可逆破坏。 同时在进行滤波Байду номын сангаас程中点击 打钩 P rev iew 前的选框, 可以预览降噪效果, 设置好参 数并且预览 满足要求 后再点 击 OK, 如图 5( c)、图 5 ( d)分别为降噪前后颅内图像。
图 1 Im ag eJ主界面
2 三维立体图像重构
2. 1 导入序列图 在基于 CT 图像进行三维重建之前, 首先我们需
* 收稿日期: 2012-06-25, 修回日期: 2012-09-06 * * 基金项目: 湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目 ( T 201002) * * 张 培, 男, 1990年生, 本科在读, 研究方向: 生物医学图像处理。
单击菜单栏中 P ro cess> > B inary> > O u t line, 如 图 6( d)获得很清晰的图像轮廓, 即边缘图像 [5, 6 ]
图 5 预处理与降噪 操作及结果
4. 3 阈值切割和二值化 阈值切割是利用灰度直方图分析图像的 灰度分
布, 通过对图像进行逐像素扫描并将像素标记为对象 或背景, 从而实现对图像的切割。对像素的标记取决于 像素灰度级大于还是小于阈值, 这里使用 Im ag e> > A d just> > T h resho ld命令自动或交互式设置上下阈 值, 将灰度图像切割成目标和背景。 如图 6( a)、图 6 ( b)所示, 拖动阈值窗口滑块调整阈值, 对图像栈进行 阈值切割, 阈值大小的选取根据实时的调整确定, 本文 这里选取最小值为 0, 最大值为 24。单击 A pp ly 实现阈 值化处理, 若未设置好需要重置, 单击 Rese t即恢复到 原图可重新调整阈值。
关键词: Im ag eJ, 图像处理, 三维 CT 图像, 体积估算 中图分类号: T P 317. 4 文献标识码: A
App licat ion of 3D CT Im age Processing Based on Im ageJ
ZHANG P e,i L I M eng-jie, SUN Shu i-fa, HUANG Z h i-yong
K ey w ords: Im age J, 3D CT im ag e, im age p ro cessing, vo lum e ca lcu la t io n
Im ageJ 是由 N at iona l Inst itu tes o f H ea lth 开 发 的一款基于 Java语言的图像处理软件, 它具备多种图 像处理和分析功能, 可用于帮助分析临床和科研中的 医学影像; 它不仅免费, 而且开放源代码。 Im ag eJ能够 显示、编辑、分析、处理、保存、打印 8位、 16位、 32位的 图 片, 支 持 T IF F、 PNG、 G IF、 JP EG、 BM P、 D ICOM 、 F IT S 等多种格式。 Im ag eJ软件在医学影像学诊断领 域的应用非常广泛, 基于该平台的二次开发十分热门, 互联网上针对该软件的免费插件有超过 500多种, 但 目前在国内有关 Im ageJ软件的资料匮乏 [1 ]。基于以上 原因, 笔者提出了在个人电脑上以 Im ageJ在三维立体 CT 图像中的应用为例, 总结了 Im ageJ如何对图像序 列进行三维重建、立体分割以及体积估算。 本文所用 Im ag eJ软件为 1. 44版本。
图 4 三维立体颅内模型切割
4 图像处理
一般图像处理分为 3个阶段, 即图像低级处理 (如 降低噪声、增强对比度、图像锐化 )、图像中级处理 (如 切割图像、提取边缘 )、图像高级处理 (执行与视觉相关 的识别函数 ) [4 ], 此处主要是在空间域进行图像增强和 边缘提取。 4. 1 图像预处理
需要先用 Im ageJ软件进行图像增强处理, 将图像 达到最佳可视化, 以便于后面的观测与计算。点击菜单 栏中 Im ag e> > T ype> > 8-bit将图像序列均转换为 8 位 图像 (能显示 256级灰度 ), 灰度值范围为 0～ 255; 菜单栏中 Im ag e> > A d just> > W indow /L eve l命令 以 交互方式调整窗宽、 窗位。 同时点击菜单栏中 P ro cess> > Enhance C ont rast, 对图像序列进行对比 度增强处理。
电脑开发 与应用
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Im ageJ软件在三维立体 CT图像处理中的应用
张 培, 李梦洁, 孙水发, 黄志勇
(三峡大学智能视觉与图像信息研究所, 湖北 宜昌 443002)
摘 要: 通过使用 Im ag eJ这款开放 源代码的图像处理软件对一组人头部颅内的 CT 切片 进行处理, 着重介绍了 Im ag eJ在三维 CT 图像处理中的应用。 给出了 Im ag eJ进行三维 CT 图像处理主要的操作方法和处理后的效果图, 为更好地使用 Im ag eJ对 CT 图 像进行三维处理提供参考。通过先计算各个感兴趣区域的面积, 再累加实现了三维模型体积的计算。如果进一步知道图像的物理分 辨率及 CT 切片的物理间距, 则 可以计算出感兴趣目标真实体积。
除目标外都由黑色填充。 点击 Ed it> > A d just slices, 如图 4( a), 会弹出一个调整窗口如图 4( b)所示, 分别 拖动 X 、Z 轴的滑块, 即可在 X 、Z 方向上切割图像, 结 果如图 4( c) ( d)所示。
此外, 还可以在 p lug ins> > 3D> > V o lum e v iw er 中对立体图像进行动态三维切割, 并可对所得切割图 伪色彩增强, 如图 4( f)所示。 由于人眼对彩色分辨的 能力远远大于对灰度的区分能力, 我们将灰度图像变 为彩色图像, 从而使观察者能从图像中取得更多的信 息。
( Ins titu te of I nte llig ent V ision and Im age I nf orma tion, Ch ina T hree G o rges U n iver sity, Y ichang 443002, China)
Abstract: T h rough the u se o f Im ag eJ an open sou rce im age proce ssing so ftw a re in the 3D CT im ag e p ro cessing, a set o f hum an in tracranial CT slices is pro cessed w ith Im ag eJ, T he screen sho ts o f opera tat ion and the pro cessed im ages in the 3D CT im ag e p ro cessing a re pre sen ted. T he area ca lcu la tion o f the reg ion o f in terest ( RO I) is ca rried ou t f irst ly, and the en tire vo lum e is ob tained by the area accum u la tion o f the reg ions. T he phy sica l vo lum e o f the ob ject can be ca lcu la ted w ith the relat ionsh ip o f the phy sica l un it and im ag e pix e.l
图 2 导入图像操作以及结果
2. 2 构建 3D 模型 在构建 3D 模型时, Im ag eJ软件将输入图片默认
为一张张切片, 并通过依次累加层叠每张切片实现对 其三维重构。设置切片之间间距后采用 Im ageJ软件内 部的 3D 查看器, 可以观测到非常形象的颅内动态三 维图。
导入细胞序列图后, 使用如下步骤构建颅内三维 模型。具体步骤如下: P lug in s> > 3D> > 3D V iew e r, 如图 3( a), 点击 3D V iew er后, 弹出一个新界面, 可以 独立操作, 默认是以 V o lum e的形式显示图像。 V iew > > Chang e backg round co lo r命令可以调整背景颜 色, 滑动鼠标可放大缩小图像, 使用滑轴调整图像至合 适 窗位 大小, 如 图 3 ( b )所 示。 点 击 V iew > > star t an im a t io n即可得到颅内片层动态三维图, 非常利于我 们观测颅内各个剖面。
里我们需要将图像二值化, 点击 P rocess> > B inary> > M ake B ina ry 即可完成二值化操作, 如图 6( c)所示。 如果尚未设置阈值, 该二进制化操作将分析当前选择 的直方图, 或整个图像, 如果没有选择, 设置自动阈值
水平, 创建二进制图像, 显示带有 S tacks的对话框转 换。
图 3 3D V iew e r的操作以及结果
3 立体图像切割 [2, 3]
如果把整个颅内看成一块面包, 将它切成一片一 片, 也就是这里的每一个断层图像, 以这种思想可分别 在 X , Y 和 Z 轴方向将其一层层切割, 便可观察到丰 富颅内图像信息。利用 Im ag eJ软件可以将三维颅内图 像进行立体切割, 切割过程在 Im ag eJ 3D V iew er窗口 中进行, 首先使用 Ed it> > D isp lay> > O r tho slice 命 令以 O rtho slice形式显示图像, 这时会发现图像区域
· 10· (总 782)
Im ag eJ软件在三维立体 CT 图像处理中的应用
2 01 2年
要在 Im ag eJ中导入一组图像序列。这里采用的是一组 含 45张切片的成年人头部颅内的 CT 切片为对象。首 先使 用 F ile> > Im po r t> > Im ag e S equence 命令 以 v ir tua l stack形式导入该组颅内图像序列, 步骤如图 2 ( a)所示, 结果如图 2( b)所示。
1 安装 Im ag eJ软件
Im ag eJ软件下载地址: h t tp: / / rsb. in fo. nih. g ov / ij /dow n load. h tm l. 选择对应的平台安装包, 下载后双 击即可 安装。 它可运 行于 M icro so ft W indow s、M ac o s、 L inux、和 S harp Z auru s PDA 等多种平台, 其主界 面如图 1所示。
第 25卷 第 10期
电脑开发与应用
(总 783) · 11·
4. 2 图像降噪处理
为了使图像更清楚地呈现, 需要对颅内图像进行 降噪处理, Im ag eJ软件中提供了多种滤波器, 其中最 常见的两种减少噪声滤波器为中值滤波器和均值 (低 通 )滤波器。 中值滤波器主要是对处理脉冲噪声 (也称 为椒盐噪声 )非常有效。而均值滤波器主要应用是去除 图像中的不相干细节, 即与滤波掩模尺寸相比较小的 像素区域。 我们在此使用均值滤波器来减少颅内图像 中的噪声, 使用 P roce ss> > F ilte rs> > M ean命令, 设 置半径像素为 2. 0 pix els, 操 作如图 5( a)、图 5( b) 所 示。 需要注意的是, 滤波器操作均为不可恢复操作, 所 以 我 们 需 要 选 择 P rocess> > F ilters> > M ean 后 Im ag eJ 软 件 会 提 示 使 用 P ro cess> > Ba tch > > V irtua l S tack命令来处理虚拟堆叠或者点击 Im age> > Dup lica te创建原图像副本。 若未进行以上操作, 均 值滤波过程不能进行, Im ageJ软件这一功能很好地避 免了图像的不可逆破坏。 同时在进行滤波Байду номын сангаас程中点击 打钩 P rev iew 前的选框, 可以预览降噪效果, 设置好参 数并且预览 满足要求 后再点 击 OK, 如图 5( c)、图 5 ( d)分别为降噪前后颅内图像。
图 1 Im ag eJ主界面
2 三维立体图像重构
2. 1 导入序列图 在基于 CT 图像进行三维重建之前, 首先我们需
* 收稿日期: 2012-06-25, 修回日期: 2012-09-06 * * 基金项目: 湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目 ( T 201002) * * 张 培, 男, 1990年生, 本科在读, 研究方向: 生物医学图像处理。
单击菜单栏中 P ro cess> > B inary> > O u t line, 如 图 6( d)获得很清晰的图像轮廓, 即边缘图像 [5, 6 ]
图 5 预处理与降噪 操作及结果
4. 3 阈值切割和二值化 阈值切割是利用灰度直方图分析图像的 灰度分
布, 通过对图像进行逐像素扫描并将像素标记为对象 或背景, 从而实现对图像的切割。对像素的标记取决于 像素灰度级大于还是小于阈值, 这里使用 Im ag e> > A d just> > T h resho ld命令自动或交互式设置上下阈 值, 将灰度图像切割成目标和背景。 如图 6( a)、图 6 ( b)所示, 拖动阈值窗口滑块调整阈值, 对图像栈进行 阈值切割, 阈值大小的选取根据实时的调整确定, 本文 这里选取最小值为 0, 最大值为 24。单击 A pp ly 实现阈 值化处理, 若未设置好需要重置, 单击 Rese t即恢复到 原图可重新调整阈值。
关键词: Im ag eJ, 图像处理, 三维 CT 图像, 体积估算 中图分类号: T P 317. 4 文献标识码: A
App licat ion of 3D CT Im age Processing Based on Im ageJ
ZHANG P e,i L I M eng-jie, SUN Shu i-fa, HUANG Z h i-yong
K ey w ords: Im age J, 3D CT im ag e, im age p ro cessing, vo lum e ca lcu la t io n
Im ageJ 是由 N at iona l Inst itu tes o f H ea lth 开 发 的一款基于 Java语言的图像处理软件, 它具备多种图 像处理和分析功能, 可用于帮助分析临床和科研中的 医学影像; 它不仅免费, 而且开放源代码。 Im ag eJ能够 显示、编辑、分析、处理、保存、打印 8位、 16位、 32位的 图 片, 支 持 T IF F、 PNG、 G IF、 JP EG、 BM P、 D ICOM 、 F IT S 等多种格式。 Im ag eJ软件在医学影像学诊断领 域的应用非常广泛, 基于该平台的二次开发十分热门, 互联网上针对该软件的免费插件有超过 500多种, 但 目前在国内有关 Im ageJ软件的资料匮乏 [1 ]。基于以上 原因, 笔者提出了在个人电脑上以 Im ageJ在三维立体 CT 图像中的应用为例, 总结了 Im ageJ如何对图像序 列进行三维重建、立体分割以及体积估算。 本文所用 Im ag eJ软件为 1. 44版本。
图 4 三维立体颅内模型切割
4 图像处理
一般图像处理分为 3个阶段, 即图像低级处理 (如 降低噪声、增强对比度、图像锐化 )、图像中级处理 (如 切割图像、提取边缘 )、图像高级处理 (执行与视觉相关 的识别函数 ) [4 ], 此处主要是在空间域进行图像增强和 边缘提取。 4. 1 图像预处理
需要先用 Im ageJ软件进行图像增强处理, 将图像 达到最佳可视化, 以便于后面的观测与计算。点击菜单 栏中 Im ag e> > T ype> > 8-bit将图像序列均转换为 8 位 图像 (能显示 256级灰度 ), 灰度值范围为 0～ 255; 菜单栏中 Im ag e> > A d just> > W indow /L eve l命令 以 交互方式调整窗宽、 窗位。 同时点击菜单栏中 P ro cess> > Enhance C ont rast, 对图像序列进行对比 度增强处理。