LabVIEW使用DSA技術(shù)從X射線圖像測量肺氣容量

相襯X射線（PCX）成像技術(shù)利用相鄰介質(zhì)之間折射率的微小差異來增強傳統(tǒng)X射線成像通常不可見的物體的邊界。事實證明，這一進(jìn)展在一系列生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)中非常有益于材料表征、疾病檢測以及解剖形式和功能的研究，可以從PCX圖像中提取有關(guān)對象結(jié)構(gòu)的定量信息。空氣/組織邊界折射率的顯著差異使肺非常適合PCX成像實驗。在肺部成像的背景使用PCX成像近乎實時地測量體內(nèi)區(qū)域肺空氣量。這項工作表明，可以使用時間依賴性的二維X射線成像序列來定量測量單個均質(zhì)材料的體積變化，即使該材料嵌入其他材料中。使用相位或衰減對比度，當(dāng)使用單色X射線（例如同步輻射源提供的X射線）時，都可以提取定量體積。通過將動物放入水管中并測量隨著肺部擴張和置換水而水的衰減變化，可以測量區(qū)域肺空氣體積。

首先，假設(shè)整個物體由水組成，將圖像轉(zhuǎn)換為投影水厚度的地圖。投影厚度的總和會產(chǎn)生體積信息。由于只有水的體積在連續(xù)幀之間發(fā)生變化，因此可以定量測量水量的差異并直接推斷肺空氣量的變化。對于相襯圖像，采用單圖像相位檢索算法重建投影厚度圖。這項肺部影像學(xué)研究的目的是使用早產(chǎn)兔幼崽模型評估不同復(fù)蘇策略的有效性，以預(yù)防呼吸機引起的肺損傷。在這種特殊情況下，PCX成像是合適的，因為它有助于觀察肺部如何通氣，一直到末端氣道。這項研究的結(jié)果有助于臨床醫(yī)生為早產(chǎn)兒選擇最有效和安全的通氣策略。量化區(qū)域曝氣對于確定每種策略的有效性至關(guān)重要。使用當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)個人計算機，提取定量的區(qū)域肺容量測量值是一個耗時的過程。這意味著在采集過程中不可能使用圖像進(jìn)行近乎實時的反饋，并且必須事后評估通風(fēng)策略。執(zhí)行時間長的主要原因是：

1）每幀大量的計算和內(nèi)存操作;?

2）每只動物使用數(shù)千張圖像來逐次呼吸計算肺氣量；

3）使用高分辨率圖像（例如，典型的圖像尺寸約為2，000×1，700像素）。然而，通氣策略的實時反饋可以顯著有益于研究人員在實驗期間優(yōu)化通氣策略。

分割過程將圖像劃分為其組成部分或?qū)ο?。一般來說，自主分割是數(shù)字圖像處理中最困難的任務(wù)之一。堅固的分割程序使該過程在成功解決需要單獨識別對象的成像問題方面有很長的路要走。另一方面，弱或不穩(wěn)定的分割算法幾乎總是保證最終失敗。一般來說，細(xì)分越準(zhǔn)確，識別成功的可能性就越大。在機械通氣期間在幾組兔幼崽胸部的PBI圖像上成功測試了TS算法。選擇肺充滿液體且無肺通氣的胎兒圖像，并從通氣期間記錄的每個圖像中暫時減去。在充氣胸部圖像中看到的斑點圖案是由X射線會聚產(chǎn)生的，這是肺泡模擬模擬凹陷復(fù)合折射透鏡的結(jié)果.由于使用非曝氣圖像，計算出的體積差異大約等于曝氣圖像中的總肺空氣體積;因此，可以測量絕對而不是相對肺氣量。

肺空氣容量測量包括三個步驟，包括：減法、分割和分析

減法

減法類型是時間減法。胸部圖像的時間減去需要仔細(xì)的圖像對齊或配準(zhǔn)，以校正呼吸期間胸廓的運動和主體姿勢的移動。在這種類型的減法中，肺與胸廓分開。時間減法涉及數(shù)字化相位圖像與掩模圖像的比較。在這里，減去掩模和相位圖像，從而最終將減去的二進(jìn)制圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像

細(xì)分

分割涉及將肺分割成具有充滿液體的肺的胎兒圖像的各個部分，并且沒有選擇肺通氣并從通氣期間記錄的每個圖像中暫時減去。

分析

首先考慮在時間點1和2處物體出口面平面上的兩個基于M×N像素吸收的圖像。接下來，通過投影厚度之差計算投影厚度，并求和到給定范圍。最后，可以測量肺空氣。

給出的是減法前后獲得的圖像。當(dāng)比較兩個圖像時，減去后拍攝的圖像的分辨率會增加。因此，肺部圖像的數(shù)字化和減法在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

?使用LabVIEW進(jìn)行程序編碼有助于了解減法、分割和分析的過程。從PBI胸部圖像的胸部區(qū)域分離肺，并根據(jù)時間減法獲得肺的分割?？梢允褂迷摷夹g(shù)測量區(qū)域肺空氣量的任何變化，并且可以在呼吸過程中以高空間和時間分辨率測量區(qū)域肺容量的變化，X射線劑量遠(yuǎn)低于使用計算機斷層掃描所需的劑量。