医学标本数字化采集与处理

雷光临,王永波

新乡医学院现代教育技术中心,河南 新乡 453003

医学标本数字化采集与处理是现代医学技术运用中必不可少的一部分,作为医学研究的一种媒体技术,为医学研究提供了真实、可靠的形象资料,日益受到人们的重视[1]。所以,有必要让医学类教师和医务工作者了解和掌握。该文通过实例,详细介绍了医学标本数字化采集过程及标本图像的处理方法。

1 医学标本高质量数字化图像采集

在医学标本高质量数字化采集中,利用数码照相机拍摄标本图片已经是目前必然的选择[2]。所谓高质量图像就是图像像素够大、画面要有较强的立体感、较好地表达出标本的质感,画面清晰、层次细腻[3]。要达到高质量图像效果,就必须在硬件设施上下功夫。比如:数字化采集设备的选择、工作台的合理制作、灯光的选用及加工、场景的合理布置等,这些因素都直接影响到数字化图像采集的效果。

1.1 数字化采集设备的选择

当今市场上的数字采集设备非常多,我们如何选择品牌及型号呢?根据采集的实际需要,首先要选用高像素的数码相机,其次要有足够的景深。所以在选择相机时,我们使用专业的高像素的单反相机。在采集小标本时还需要配以微距镜头,便于小标本拍摄。根据以上需求,我们选用了佳能EOS1单反相机,配有标准、微距定焦镜头。在拍摄过程中,根据不同标本的大小来确定相机高度及与被摄物的距离[3]。并使用手动档光圈,光圈档位调整到F16-F22,以保证足够的景深。在快门档位设置中,使用1/125 s速度,快门速度的准确调节可以避免出现曝光现象。

1.2 拍摄背景墙的制作

使用背景墙的最大优点有以下几点:一是可以避免周围环境光及颜色的影响;二是可以加装日光灯为标本后面补充均匀的光线,还能够避免标本投射阴影;三是可以统一背景颜色,便于后期制作。根据以上要求,我们制作了长度为150 cm、高度为180 cm、厚度为60 cm的背景墙。并且背景墙直角处都进行了弧度处理,这样处理的目的是避免直角边对标本的影响。

1.3 标本旋转台面的制作

在采集标本时,我们需要采集标本的各个面,并进行多次的搬动旋转。而有些标本体积过大,搬动时非常不方便,还极易损坏标本容器。所以,我们设计制作了旋转的标本台,在台面上画有十字标线并设有对位指针,可以进行精确对位。

1.4 三脚架及灯光选择布置

使用三脚架可以保证拍摄时的画面稳定,不会出现抖动现象。对于灯光的选择布置,就是在标本前方左右两侧各放置一盏灯光,距离标本2 m左右,照射标本前方及两侧。要求指数够大,光线色温准确。在灯光上必须加装柔光布,以保证光线的柔和均匀,避免标本容器出现反光点。光的亮度、方向以及它的背景效果都可以由摄影者随意进行调换安排,根据标本的不同特点,获得较满意的效果[3]。经过试拍合适后,进行正式拍摄,这样采集的数码图像才更加完整。

数字化采集过程中,硬件设备的合理运用,才能够满足采集高质量标本图像的要求,在后期图像抠图时可以大大提高工作效率。

2 标本图像的后期处理

2.1 图像的角度、大小及透视调整

标本图像采集后,由于标本大小不一及搬动标本时人为原因,导致拍摄出的标本图像角度可能会有偏差,所以需要进行图像角度、大小及透视调整。使用Photoshop中的“多边形套索”、“裁剪”工具和“自由变换”命令,分别对标本图像进行套索、裁剪、旋转、扭曲、大小等调节。

2.2 标本图像的抠图处理

所谓“抠图”,就是把所需要的人像、物体或某一部分图像从整幅图像中“剥离”出来,只选取素材中所需要的那一部分[4]。抠图是一个很复杂的技术实现流程,抠图结果的好坏决不仅仅依赖于对抠像工具的选取,必须根据最终所要实现效果的特点选择有针对性的抠图方式[5]。

在Photoshop中对图像抠图有多种方法,如套索工具、魔术棒工具、钢笔工具等[6]。经过多种工具实际操作,我们选择“通道”抠图方法进行抠像处理,在RGB通道中选择对比强烈的通道,并复制为副本,如图1所示。

图1 复制通道界面图

为了更加精细地创建选区,我们使用“色阶”命令对副本通道进行操作,调整标本与背景的明暗对比度。将黑色色阶调整为55,灰色色阶为1,白色色阶为120。

提高“蓝副本”通道黑白场清晰度,使用“画笔”工具,根据图像像素实际大小调整画笔直径和硬度,设置前景色为白色,将“蓝副本”通道中非标本区域的杂色(即黑色杂点)涂白。

将标本区域载入选区。在以上步骤操作完成后,使用Photoshop中的“载入选区”命令,将通道作为选区载入。在“载入选区”对话框中,选择“反相”,其目的是为了将通道中的黑色区域(即标本区域)作为选区载入。

复制并粘贴选区内部标本图像到新图层,并删除“背景”图层。为了以后更加方便地使用,如更换标本图像背景颜色,我们有意保留了标本图像的透明通道信息。

2.3 标本图像的饱和度、对比度、亮度调整

在标本图像采集过程中,由于受到环境、光线、容器等因素的影响,拍摄的图像可能会出现光线暗、颜色失真等现象,需要还原它本来的面目。通过“色相与饱和度”、“亮度与对比度”的调整,还原标本图像颜色及明暗对比度,更好地突出图像细节。

保存图像为PNG文件格式。PNG格式是目前保证最不失真的格式,存储形式丰富,它能够把图像文件压缩到极限以利于网络传输,显示速度快。另外,PNG支持透明图像制作,可以让图像和背景很和谐地融合在一起[7]。

医学标本数字化采集过程至关重要,它直接影响到采集图像的质量,也是整个工作的重点。标本数字化图像大大节约了开支和管理费用,可永久保存,存放空间小,方便查询、调阅,还能对图像进行后处理,使图像获得最佳的效果[8]。既能方便教师授课使用,又能促进学生课下自主学习。

[1]耿波.现代医学数码图像获取、存储及安全探讨[J].医疗卫生装备,2010,31(10):113-115

[2]梁锦聪,姚伙生,初国良.数码技术拍摄高质量人体解剖学标本图像的方法[J].解剖学研究,2010,32(1):73-74

[3]刘国强.谈病理解剖标本摄影中的技巧[J].中国医学教育技术,2010,24(1):107-109

[4]张娜.浅述Photoshop的几种抠图方法[J].电脑知识与技术,2010,6(15):4228-4229

[5]杨华勇.数字影像制作中抠像技术的思考与实践[J].电脑知识与技术,2010,6(6):1469-1470,1472

[6]肖文雅,王涵,王永波.谈如何在Photoshop中用Alpha通道抠图[J].中国医学教育技术,2010,24(3):278-280

[7]樊祥民.医学影像存储的色彩模式和文件格式的比较[J].医疗设备信息,2007,22(1):47-49

[8]王茵,李卫萍,赵宝珍,等.数字化图像教学在超声诊断教学中的应用[J].中国医学教育技术,2010,24(5):523-525