伪彩色处理系统对先天性心脏病造影图像处理后的对比分析
作者：江迅 郭玉鑫 江钟炎 胡佑伦 唐新桥
单位：江迅(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);郭玉鑫(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);江钟炎(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);胡佑伦(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);唐新桥(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060)
关键词：伪彩色 实时处理 心血管造影 先天性心脏病 计算机
伪彩色处理系统对先天性心脏病 造影图像处理后的对比分析 摘要 目的：评价改良伪彩色实时处理系统对心血管造影图像的处理价值。方法：采用改良伪彩色实时处理系统，对135例先天性心脏病造影资料进行处理分析，由三位高年资医师以图像质量分级方法评价处理前后的图像质量。结果：135例影像资料经处理后都有不同程度的提高，提高率达84.7%(P<0.01)。结论：改良伪彩色实时处理系统能提高心血管造影图像质量及诊断水平。
, http://www.100md.com
A Comparative Study of Congenital Heart Disease′s Cardio-giographic Image
(135 Cases)After Being Processed by Pseudocolor
Jiang Xun Guo Yuxin Jiang Zhongyan Hu Youlun Tang Xinqiao
Department of Biomedical Engineering,the First Affilited Hospital,Hubei Medical University,Wuhan 430060
ABSTRACT Objective:To evaluate the value of the improved real-time pseudocolor image processing technique in analysing the cardio-angiography images of congenital heart disease.Methods:The images of 135 cases with congenital heart disease were processed with the improved real-time pseudocolor image system,the before and after processed images were analysed by three experienced docters using the grading method of imaging giolity.Results:The quality of images of 135 cases had been improved obviously after being processed by real-time pseudocolor image system,the improving rate was 84.7%(P<0.001).Conclusion:The improved real-time pseudocolor image system can improve the guality of cardiographic images and can give great help in clinical diagnosis.
, 百拇医药
Key words Pseudocolor Real-time Cardio-angiography Congenital heart disease Computer
心血管造影对心血管疾病的诊断和介入治疗的疗效评价均有重要意义，不少学者为了提高图像质量，尝试了各种伪彩色处理技术[1～4]，但大多只是对静止图像进行非实时处理，而实时处理又未能很好地满足医学要求。近年来我们对135例先天性心脏病心血管造影黑白图像，经改良的伪彩色实时处理系统处理后，能在原图像基础上提供更多的有用信息。现将我们进行实时处理的结果报告如下：
1 资料与方法
1.1 一般资料：135例先天性心脏病病人，年龄3.5～16岁，平均年龄7岁。
1.2 造影及处理：用菲利浦1050型X线机对135例病人进行心血管造影及电视录像，然后将录像结果经改良后的伪彩色实时处理系统进行处理，与未经处理的原图像进行对照分析诊断。
, 百拇医药
1.3 分组与分级：按病理解剖、病变部位分为6组(室间隔缺损、肺动脉狭窄、肌小梁粗厚、三尖瓣返流、肺血管发育、室壁厚度)，每组分四个等级。Ⅰ级：图像质量可清晰显示病灶；Ⅱ级：图像质量能显示病变，可以诊断；Ⅲ级：图像质量尚可诊断；Ⅳ级：图像质量欠佳，难以诊断。
1.4 对照分析：根据处理前后的图像质量，分别由三位医师按双盲法作出诊断，当诊断不一致时，以两位相同的意见为最终结论。将伪彩色系统对造影图像处理的结果与黑白造影录像及手术结果三者进行对照分析。
2 结果
2.1 根据分组与分级、对照分析情况列出附表。从附表中可以看出，对属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的图片372例，经处理后有315例提高为Ⅰ级，提高率为84.7%。采用配对符号检验的正态近似方法进行统计学检验，P<0.01，表示经伪彩色处理系统处理前后，影像质量有显著差异。
, 百拇医药 2.2 对原资料中属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级影像资料的处理发现：经处理后，室壁厚度、室间隔缺损的大小、肌小梁的粗细、肺动脉狭窄及三尖瓣返流的显示更为明确。处理前后的对比结果(图1～4)。
图1 右室造影经肺循环及左房室显影后，主动脉显示不清
图2 图1经处理后，主动脉可明确显示
, 百拇医药
图3 右室造影晚期心腔大小显示不够明确
图4 图3经处理后，心腔大小可明确显示
2.3 研究结果表明：当Ⅱ级、Ⅲ级片中造影剂浓度低时，其图像质量可得到较大提高。对于DSA图像、因避开了脊柱的侧位图像，进行伪彩色处理后其效果更佳。研究中还发现，对于四联症的处理：只有主动脉骑跨和心室增大变化不大；而临床及黑白造影均诊断为肺动脉狭窄的病例中，经伪彩色处理后有2例室间隔缺损见有少量右向左分流，诊断为轻型法乐氏四联症与手术结果相符；有2例疑大血管异常，经处理后得到排除，与手术结果相符；另有1例疑室间隔缺损，右心室造影时未见异常，处理后当主动脉显影时，发现为主动脉窦瘤破裂至右心室流出道，与升主动脉造影相符。
, 百拇医药
附表 经伪彩色处理前后图像质量变化情况
例数
未处理的原影像质量
伪彩处理后的影像质量
U值
P值
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
, 百拇医药
Ⅳ
室间隔缺损
肺动脉狭窄
肌小梁粗厚
三尖瓣返流
肺血管发育
室壁厚度
78
83
83
49
33
76
, 百拇医药
6
6
5
6
5
2
31
25
27
16
8
18
32
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41
20
10
46
9
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7
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74
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21
63
0
0
0
0
0
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0
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0
2
3
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8
9
10
5
10
10
7.87
8.2
8.2
6.0
4.2
7.8
<0.01
, 百拇医药 <0.01
<0.01
<0.01
<0.01
<0.01
3 讨论
3.1 应用现状：伪彩色处理已广泛应用于各种图像处理系统中，特别是在微机的处理速度不断提高的条件下，目前应用较成功的主要是超声多普勒。彩色B超显示仪对黑白声像图进行处理，以提高声像图的分辨力。这一技术使其对冠状动脉狭窄、胆囊粘膜层病变、肾结石伴肾盂积水、胆结石等疾病的诊断准确率高于黑白B超[5～7]。
伪彩色处理技术在CT、MRI[6]、乳房X线摄影[7]和基础研究等领域[8]中应用均有较好的反映[9～11]。
, 百拇医药
要对心血管造影中心脏的瞬间搏动、血液流动的动态过程进行伪彩色处理与显示，要求设计能针对医学信号的特点。目前美国、加拿大、日本及国内等单位对心血管图像进行伪彩色处理，其结果与预期效果有差距[1]。
我们所用的处理方法，对于心脏收缩与舒张过程中血液快速流动的连续过程进行实时处理，处理后的图像均优于原图像，特别是经过DSA处理后的图像显示效果更佳。
3.2 临床价值：听诊、超声对单一性先天性心脏病可作出较为准确的诊断，而对复杂的先天性心脏病，则难以作出准确的诊断，而需进行心血管造影。但心血管造影对轻微的畸形和少量的分流有时也难以显示。因人眼对一幅图像中任意邻点的灰度级差分辨力只有10到20等级，而在彩色显示时可根据色彩的不同可分辨出画面邻近部位的不同色彩[12]，故经伪彩色处理后对局部狭窄、扩大等病变诊断更有利，从(图1～4)中可见因对低浓度造影剂的显示比原片好，由于密度分辨力的提高，使图像显示的分流情况、室间隔缺损的大小、心壁厚度、肌小梁显示等都优于原片。所以伪彩色处理技术能作为心血管造影的一个很好的补充。
, http://www.100md.com
实时快速地显示信息可有效节省操作时间，同时，从图1～4中可见对因低浓度造影剂造成低分辨率的后处理比原片好，可在操作中降低造影剂浓度减少医患双方X线照射量。需注意的是：由于心脏搏动及呼吸运动使数字减影常存在移动伪影而影响图像质量，特别是病情严重或不能合作的病人，造影图像效果不理想，再行伪彩色处理也不理想，如附表中第Ⅳ级的原影像资料。因此，要提高伪彩色处理质量，首先要提高原始造影图像及DSA图像的质量，采用心电门控及呼吸门控进行数字减影心血管造影的图像其处理后的效果更好。
目前伪彩色处理技术对X线图像的彩色显示价值还有争议，一方面是放射科医师多年来习惯看黑白图像，另一方面是伪彩色技术还有待更进一步完善。由于伪彩色处理图像中的彩色是人为设计，当色彩与血液及组织的对应关系为医生所熟悉，则有很广的应用前景。
本课题为湖北省卫生厅资助项目，编号 W940301014
4 参考文献
, 百拇医药
1，You lun Hu,Genshen Li,Liya Yin.A New Real-time pseudocolor image processing system and its implication in interventional angigrarphy.Aemerican heart association 66th scientifitic sessions.Circulation,1993;10:87
2，张令清，韩申生，徐至展，等.光谱底片图像的计算机再现与处理.光学学报，1996；16(3)：382
3，汤耀法.图像拼接和伪彩色处理.上海医科大学学报，1996；23(5)：378
4，高，俊，邓洪志.病理图像中的伪彩色处理方法研究.医药与计算机，1995；3(4)：252
5，刘保民，赵晓兰，裘佩春，等.彩色多普勒对川崎病冠脉瘤和冠状动脉瘘的诊断与鉴别诊断.中国超声医学杂志，1997；13(8)：30
, 百拇医药
6，马桂英，鲁，豫，藏义明.应用二维彩色多普勒超声观测胆道梗阻与门脉血流动力学变化.临床医学影像杂志，1998；9(1)：43
7，毛南方，许，峰，关，华，等.彩色多普勒超声诊断肾结石的初步探讨.中华超声影像学杂志，1998；7(6)：371
8，杨树勤主编.中国医学百科全书.医学统计学.上海：上海科学技术出版社，1985：130～136
9，，Roghini-A,de-Divitis-O,Prinster-A,et al.Functional MRI:Primary motor cortex localiation in patients with brain tumors.J-Comput-Assist-Tomogr,1996;20(5):702
10，，Inaba-D,Takag-O,Arends-J.A computer-assisted videodensitometric methodtovisualize mineral distributions in vitro and in vivo formed root carics lesions.Eur-J-Oral-Sci,1997;105(1):74
11，汪登斌，唐敖荣，何国祥，等.乳腺钼钯片计算机伪彩色图像处理的临床应用(附43例分析).中华放射学杂志，1996；30(7)：472
12，田村秀行.计算机图像处理技术.北京：北京科技出版社，1990：4
(收稿，1998-12-11，修回，1999-02-24), 百拇医药
单位：江迅(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);郭玉鑫(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);江钟炎(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);胡佑伦(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060);唐新桥(湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室 430060)
关键词：伪彩色 实时处理 心血管造影 先天性心脏病 计算机
伪彩色处理系统对先天性心脏病 造影图像处理后的对比分析 摘要 目的：评价改良伪彩色实时处理系统对心血管造影图像的处理价值。方法：采用改良伪彩色实时处理系统，对135例先天性心脏病造影资料进行处理分析，由三位高年资医师以图像质量分级方法评价处理前后的图像质量。结果：135例影像资料经处理后都有不同程度的提高，提高率达84.7%(P<0.01)。结论：改良伪彩色实时处理系统能提高心血管造影图像质量及诊断水平。
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A Comparative Study of Congenital Heart Disease′s Cardio-giographic Image
(135 Cases)After Being Processed by Pseudocolor
Jiang Xun Guo Yuxin Jiang Zhongyan Hu Youlun Tang Xinqiao
Department of Biomedical Engineering,the First Affilited Hospital,Hubei Medical University,Wuhan 430060
ABSTRACT Objective:To evaluate the value of the improved real-time pseudocolor image processing technique in analysing the cardio-angiography images of congenital heart disease.Methods:The images of 135 cases with congenital heart disease were processed with the improved real-time pseudocolor image system,the before and after processed images were analysed by three experienced docters using the grading method of imaging giolity.Results:The quality of images of 135 cases had been improved obviously after being processed by real-time pseudocolor image system,the improving rate was 84.7%(P<0.001).Conclusion:The improved real-time pseudocolor image system can improve the guality of cardiographic images and can give great help in clinical diagnosis.
, 百拇医药
Key words Pseudocolor Real-time Cardio-angiography Congenital heart disease Computer
心血管造影对心血管疾病的诊断和介入治疗的疗效评价均有重要意义，不少学者为了提高图像质量，尝试了各种伪彩色处理技术[1～4]，但大多只是对静止图像进行非实时处理，而实时处理又未能很好地满足医学要求。近年来我们对135例先天性心脏病心血管造影黑白图像，经改良的伪彩色实时处理系统处理后，能在原图像基础上提供更多的有用信息。现将我们进行实时处理的结果报告如下：
1 资料与方法
1.1 一般资料：135例先天性心脏病病人，年龄3.5～16岁，平均年龄7岁。
1.2 造影及处理：用菲利浦1050型X线机对135例病人进行心血管造影及电视录像，然后将录像结果经改良后的伪彩色实时处理系统进行处理，与未经处理的原图像进行对照分析诊断。
, 百拇医药
1.3 分组与分级：按病理解剖、病变部位分为6组(室间隔缺损、肺动脉狭窄、肌小梁粗厚、三尖瓣返流、肺血管发育、室壁厚度)，每组分四个等级。Ⅰ级：图像质量可清晰显示病灶；Ⅱ级：图像质量能显示病变，可以诊断；Ⅲ级：图像质量尚可诊断；Ⅳ级：图像质量欠佳，难以诊断。
1.4 对照分析：根据处理前后的图像质量，分别由三位医师按双盲法作出诊断，当诊断不一致时，以两位相同的意见为最终结论。将伪彩色系统对造影图像处理的结果与黑白造影录像及手术结果三者进行对照分析。
2 结果
2.1 根据分组与分级、对照分析情况列出附表。从附表中可以看出，对属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的图片372例，经处理后有315例提高为Ⅰ级，提高率为84.7%。采用配对符号检验的正态近似方法进行统计学检验，P<0.01，表示经伪彩色处理系统处理前后，影像质量有显著差异。
, 百拇医药 2.2 对原资料中属于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级影像资料的处理发现：经处理后，室壁厚度、室间隔缺损的大小、肌小梁的粗细、肺动脉狭窄及三尖瓣返流的显示更为明确。处理前后的对比结果(图1～4)。
图1 右室造影经肺循环及左房室显影后，主动脉显示不清
图2 图1经处理后，主动脉可明确显示
, 百拇医药
图3 右室造影晚期心腔大小显示不够明确
图4 图3经处理后，心腔大小可明确显示
2.3 研究结果表明：当Ⅱ级、Ⅲ级片中造影剂浓度低时，其图像质量可得到较大提高。对于DSA图像、因避开了脊柱的侧位图像，进行伪彩色处理后其效果更佳。研究中还发现，对于四联症的处理：只有主动脉骑跨和心室增大变化不大；而临床及黑白造影均诊断为肺动脉狭窄的病例中，经伪彩色处理后有2例室间隔缺损见有少量右向左分流，诊断为轻型法乐氏四联症与手术结果相符；有2例疑大血管异常，经处理后得到排除，与手术结果相符；另有1例疑室间隔缺损，右心室造影时未见异常，处理后当主动脉显影时，发现为主动脉窦瘤破裂至右心室流出道，与升主动脉造影相符。
, 百拇医药
附表 经伪彩色处理前后图像质量变化情况
例数
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伪彩处理后的影像质量
U值
P值
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
, 百拇医药
Ⅳ
室间隔缺损
肺动脉狭窄
肌小梁粗厚
三尖瓣返流
肺血管发育
室壁厚度
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3 讨论
3.1 应用现状：伪彩色处理已广泛应用于各种图像处理系统中，特别是在微机的处理速度不断提高的条件下，目前应用较成功的主要是超声多普勒。彩色B超显示仪对黑白声像图进行处理，以提高声像图的分辨力。这一技术使其对冠状动脉狭窄、胆囊粘膜层病变、肾结石伴肾盂积水、胆结石等疾病的诊断准确率高于黑白B超[5～7]。
伪彩色处理技术在CT、MRI[6]、乳房X线摄影[7]和基础研究等领域[8]中应用均有较好的反映[9～11]。
, 百拇医药
要对心血管造影中心脏的瞬间搏动、血液流动的动态过程进行伪彩色处理与显示，要求设计能针对医学信号的特点。目前美国、加拿大、日本及国内等单位对心血管图像进行伪彩色处理，其结果与预期效果有差距[1]。
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3.2 临床价值：听诊、超声对单一性先天性心脏病可作出较为准确的诊断，而对复杂的先天性心脏病，则难以作出准确的诊断，而需进行心血管造影。但心血管造影对轻微的畸形和少量的分流有时也难以显示。因人眼对一幅图像中任意邻点的灰度级差分辨力只有10到20等级，而在彩色显示时可根据色彩的不同可分辨出画面邻近部位的不同色彩[12]，故经伪彩色处理后对局部狭窄、扩大等病变诊断更有利，从(图1～4)中可见因对低浓度造影剂的显示比原片好，由于密度分辨力的提高，使图像显示的分流情况、室间隔缺损的大小、心壁厚度、肌小梁显示等都优于原片。所以伪彩色处理技术能作为心血管造影的一个很好的补充。
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目前伪彩色处理技术对X线图像的彩色显示价值还有争议，一方面是放射科医师多年来习惯看黑白图像，另一方面是伪彩色技术还有待更进一步完善。由于伪彩色处理图像中的彩色是人为设计，当色彩与血液及组织的对应关系为医生所熟悉，则有很广的应用前景。
本课题为湖北省卫生厅资助项目，编号 W940301014
4 参考文献
, 百拇医药
1，You lun Hu,Genshen Li,Liya Yin.A New Real-time pseudocolor image processing system and its implication in interventional angigrarphy.Aemerican heart association 66th scientifitic sessions.Circulation,1993;10:87
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, 百拇医药
6，马桂英，鲁，豫，藏义明.应用二维彩色多普勒超声观测胆道梗阻与门脉血流动力学变化.临床医学影像杂志，1998；9(1)：43
7，毛南方，许，峰，关，华，等.彩色多普勒超声诊断肾结石的初步探讨.中华超声影像学杂志，1998；7(6)：371
8，杨树勤主编.中国医学百科全书.医学统计学.上海：上海科学技术出版社，1985：130～136
9，，Roghini-A,de-Divitis-O,Prinster-A,et al.Functional MRI:Primary motor cortex localiation in patients with brain tumors.J-Comput-Assist-Tomogr,1996;20(5):702
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