陳璞

(江蘇海明醫(yī)療器械有限公司，江蘇揚(yáng)州225101)

基于ActiveMIL的數(shù)字化X射線圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳璞

(江蘇海明醫(yī)療器械有限公司，江蘇揚(yáng)州225101)

本文介紹了X射線數(shù)字成像技術(shù)，闡述在使用影像增強(qiáng)器的診斷設(shè)備中，數(shù)字化X射線圖像采集系統(tǒng)的硬件組成。設(shè)計(jì)了基于ActiveMIL組件的X射線圖像采集系統(tǒng)軟件，其編程語言為VC++/CLR，實(shí)現(xiàn)了圖像的實(shí)時(shí)顯示、單幀采集、序列采集、畸變校正處理、分析、存檔等功能。結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的圖像采集系統(tǒng)工作穩(wěn)定，采集圖像清晰，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。

X射線;數(shù)字成像;圖像采集;ActiveMIL

0 引言

德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線至今已有一百多年歷史。這期間X射線設(shè)備迅速發(fā)展，放射條件日臻完善，放射技術(shù)日新月異。特別是近幾年來，隨著計(jì)算機(jī)、圖像處理及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字成像技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展。數(shù)字成像技術(shù)內(nèi)容廣泛，技術(shù)炯然，原理各異，這些成像技術(shù)有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，使圖像信息數(shù)字化，我們可以盡可能地對其實(shí)施圖像信息后處理，這使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)生了巨大的變化。

X射線數(shù)字成像技術(shù)使用的探測器主要包括平板探測器和影像增強(qiáng)器兩種設(shè)備。平板探測器可以將X射線信息直接數(shù)字化，不存在任何的中間過程，數(shù)字圖像不僅可以方便地將圖像顯示在監(jiān)示器上，而且可以進(jìn)行各種各樣的圖像后處理。但因平板探測器價(jià)格昂貴，目前常規(guī)的X射線數(shù)字成像大部分還是使用影像增強(qiáng)器，其價(jià)格比使用平板探測器低廉，而且便于對老式的X射線機(jī)進(jìn)行數(shù)字化升級。

本文主要討論在使用影像增強(qiáng)器的診斷設(shè)備中，數(shù)字化X射線圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)主要由泰雷茲12寸影像增強(qiáng)器(TH59432)、CCD攝像機(jī) (TH8740－012)、計(jì)算機(jī)、圖像采集卡 (Matrox Meteor－II/Digital)組成。

系統(tǒng)工作原理如圖1所示:來自球管的X射線信號通過患者，被影像增強(qiáng)器轉(zhuǎn)換為亮度很高的可見光圖像，通過攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過數(shù)字化處理后輸出高達(dá)每秒30幀，分辨率為1000× 1000的數(shù)字視頻信號，再通過計(jì)算機(jī)采集及處理后用傳送到監(jiān)視器，顯示出人體各部位的組織結(jié)構(gòu)圖像。

圖1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)中的TH8740－012攝像機(jī)是專門設(shè)計(jì)用于醫(yī)療圖像鏈中X射線影像增強(qiáng)器的CCD攝像機(jī)。它針對透視和數(shù)字放射成像進(jìn)行了優(yōu)化，噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍寬。它還包括了一個(gè)處理控制單元(PCU)，能提供實(shí)時(shí)透視狀態(tài)下的高清圖像處理功能。它可以同時(shí)輸出的模擬視頻信號和12位數(shù)字視頻信號，可以通過屏幕顯示 (OSD)和RS232串口來實(shí)現(xiàn)簡單的設(shè)置和靈活的圖像處理。

TH8740－012的主要參數(shù)如下: (1)可輸出高達(dá)30逐行幀/秒，1000×1000像素的12位數(shù)字視頻信號;(2)連續(xù)，脈沖，點(diǎn)片下的內(nèi)部或外部同步;(3)遞歸濾波器、末幀圖像保持、伽瑪校正、陰影校正、邊緣增強(qiáng)、水平和垂直圖像反轉(zhuǎn)、圓消隱等圖像處理功能;(4)LVDS接口，輸出15路并行的成對差分信號。

Matrox Meteor－II/Digital是Matrox MeteorⅡ高性能低價(jià)格系列采集卡中的一款。它可以用RS－422或LVDS差分信號標(biāo)準(zhǔn)，采集黑白/分量RGB，面陣/線陣信號。Matrox Meteor－Ⅱ/Digital將功能強(qiáng)大的函數(shù)擴(kuò)展性能集成到了采集卡上，可以構(gòu)建功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉，基于PC的圖像系統(tǒng)。

其主要特點(diǎn)如下: (1)PCI或PC/104－Plus格式視頻采集卡;(2)采集數(shù)字面陣/線陣信號，包括多抽頭配置; (3)32－bit寬 RS－422或LVDS接口;(4)采樣率RS－422下達(dá)到25MHz，LVDS下達(dá)到40MHz;(5)可配置LUT(4個(gè)256 ×8－bit或2個(gè)4K×16－bit);(6)觸發(fā)輸入，時(shí)鐘輸出; (7)PCI總線主模式32－bit/33 MHz; (8)實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)或顯卡;(9)擴(kuò)展板上緩存，確保采集;(10)支持packed or planar傳輸彩色或多路黑白數(shù)據(jù)流;(11)RS－232串口;(12)軟件包括 Matrox Imaging Library(MIL)，ActiveMIL，MIL－Lite，ActiveMIL－Lite和 Matrox Inspector; (13)支持Microsoft? Windows NT?4.0，Windows?2000和Windows?XP和QNX?2。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)編程語言使用VS2005的VC++/CLR，需安裝Microsoft.NET Framework 2.0及以上版本。數(shù)據(jù)庫使用MicroSoft SQL Server 2000，用于病歷及定位圖像的管理。軟件開發(fā)包采用 Matrox ActiveMIL 8組件，可以完成數(shù)字化X線圖像的實(shí)時(shí)顯示、單幀采集、序列采集 (可以程序設(shè)置:采集時(shí)間長短、采集幀數(shù)、時(shí)間間隔等參數(shù))、畸變校正處理、分析、存檔等功能。

ActiveMIL是以Matrox Imaging Library(MIL)為基礎(chǔ)，所構(gòu)建的一系列ActiveX控件，是一套與硬件平臺無直接關(guān)聯(lián)的開發(fā)工具，可供開發(fā)者在VB和 VC中快速地進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。ActiveMIL除了能完成圖像采集、顯示、繪圖、標(biāo)注等基本功能外，還包括許多圖像前處理和分析功能，比如測量、BLOB分析、校正、文字識別(OCR)、幾何圖形對比、條碼讀取與識別、統(tǒng)計(jì)分析、控件濾波、幾何轉(zhuǎn)換等功能。

系統(tǒng)由于使用了ActiveX控件，所以很大程度上降低了程序設(shè)計(jì)的難度，縮短了軟件開發(fā)周期，提高了應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

ActiveMIL應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)如圖2所示。即每個(gè)ActiveMIL應(yīng)用程序只有一個(gè)應(yīng)用控件，但可以有多個(gè)系統(tǒng)控件，每個(gè)系統(tǒng)控件下也可以有許多圖像、采集卡、顯示及圖像處理控件。

在VS 2005的開發(fā)環(huán)境中設(shè)計(jì)ActiveMIL應(yīng)用程序 (見圖3)，首先在工具箱中添加ActiveMIL控件，然后在窗體設(shè)計(jì)器中拖入需要的ActiveMIL控件，再在每個(gè)ActiveMIL控件的屬性頁中設(shè)置好組件的屬性，確保屬性頁Error欄沒有錯(cuò)誤，最后在源程序中對ActiveMIL控件編程實(shí)現(xiàn)需要的功能。

圖2 ActiveMIL應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)

圖3 程序設(shè)計(jì)界面

(1)本系統(tǒng)中使用的 ActiveMIL控件定義如下:

ActiveMIL::AxMApplication^axMApplication1; //應(yīng)用控件

ActiveMIL::AxMSystem^axMSystem1;//系統(tǒng)控件

ActiveMIL::AxMDigitizer^axMDigitizer1;//采集卡控件

ActiveMIL::AxMDisplay^axMDisplay1;//主顯示控件

ActiveMIL::AxMImage^axMImageGrab;//采集圖像控件

ActiveMIL::AxMImage^axMImageSave;//保存圖像控件

ActiveMIL::AxMImage^axMImageDisplay;//顯示圖像控件

ActiveMIL::AxMImage^axMImagePrint;//打印圖像控件

ActiveMIL:: Calibration:: AxMCalibration ^ axMCalibration1;//校正控件

ActiveMIL:: Calibration:: AxMCalibration ^ axMImageProcessing1;//圖像處理控件

(2)初始化代碼如下:

this－＞axMImageGrab－＞MaximumPixelValue =4095;//設(shè)置采集12位數(shù)字信號

axMImageGrab－＞SizeX=1000;//圖像大小為1000×1000

axMImageGrab－＞SizeY=1000;

axMDigitizer1－ ＞Image=this－ ＞axMImageGrab;//采集的影像存入axMImageGrab控件

axMImageProcessing1－ ＞Source1=this－ ＞axMImageDisplay;//圖像處理控件輸入圖像

axMImageProcessing1－＞Destination1=this－＞axMImageSave;//圖像處理控件輸出圖像

axMDisplay1－＞Free();//釋放控件資源

//初始化主顯示控件的LUT表屬性

axMDisplay1－＞LUT－＞Size=4096;

axMDisplay1－＞LUT－＞DataType=Matrox:: ActiveMIL::LUTDataTypeConstants::lutUnsigned;

axMDisplay1－＞LUT－＞DataDepth=8;//顯示8位灰度圖像

axMDisplay1－＞LUT－＞MaximumPixelValue =255;

axMDisplay1－＞LUT－＞NumberOfBands=1;

axMDisplay1－＞Allocate();//分配控件資源

axMDisplay1－＞Image=this－＞axMImage-Display;//指定顯示axMImageDisplay的圖像

(3)實(shí)時(shí)顯示代碼如下:

axMDigitizer1－＞GrabContinuous();

timer3－＞Start();//啟動(dòng)定時(shí)器，每秒30次，用于顯示30FPS的實(shí)時(shí)圖像，

//定時(shí)器timer3中的代碼

axMImageDisplay－＞Copy(axMImageGrab);

(4)單幀采集代碼如下:

axMDigitizer1－＞Halt();

timer3－＞Stop();

this－＞axMDigitizer1－＞Grab();

axMImageDisplay－＞Copy(axMImageGrab);

this－ ＞axMImageProcessing1－ ＞LUTMap (1);

this－＞axMImageSave－＞Save(picname);//采集圖像存盤

(5)序列采集代碼如下:

axMDigitizer1－＞Halt();

timer3－＞Stop();//停止實(shí)時(shí)顯示

timer2－＞Start();//啟動(dòng)序列采集定時(shí)器，每次定時(shí)采集一幀圖像，采集間隔時(shí)間在界面中設(shè)置

//定時(shí)器timer2中的代碼

this－＞axMDigitizer1－＞Halt();

this－＞axMDigitizer1－＞Grab();

axMImageDisplay－＞Copy(axMImageGrab);

this－ ＞axMImageProcessing1－ ＞LUTMap (1);

this－＞axMImageSave－＞Save(picname);//采集圖像存盤

圖4 采集的X射線數(shù)字化圖像

3 結(jié)束語

本文介紹的數(shù)字化X射線圖像采集系統(tǒng)已在醫(yī)院臨床中實(shí)際使用，經(jīng)用戶反映系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，圖像清晰、操作方便，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

［1］王瑞玉，劉愛武.醫(yī)用數(shù)字胃腸X射線機(jī)原理構(gòu)造和維修［M］.北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2005.

［2］高守傳，姚領(lǐng)田.Visual C++實(shí)踐與提高～數(shù)字圖像處理與工程應(yīng)用篇［M］.北京:中國鐵道工業(yè)出版社，2006.

［3］陳瑜，葉玉堂，羅穎，等.手動(dòng)PCB外觀檢查機(jī)的圖像采集與拼接［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2011，19(4): 120－123.

［4］王爽，胡炳棵，劉彩芳，等.基于Matrox Meteor－II/ Digital的圖像采集系統(tǒng)研究 ［J］.電子設(shè)計(jì)工程，2012，20(3):71－74.

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