專利名稱：X射線圖像處理設(shè)備、x射線圖像處理方法和計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從利用數(shù)字減影血管造影技術(shù)(digital subtractionangiography)所獲得的圖像中獲得造影劑注入?yún)^(qū)域的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于近年來數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，在很多情況下，即使在醫(yī)療領(lǐng)域中也對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處理。代替使用X射線診斷用的膠片的傳統(tǒng)射線攝像，用于輸出X射線圖像作為數(shù)字圖像的二維X射線傳感器正被廣泛使用。針對(duì)該二維X射線傳感器所輸出的數(shù)字圖像的諸如灰度處理等的數(shù)字圖像處理的重要性越來越高。數(shù)字圖像處理的例子是用于獲取數(shù)字減影血管造影圖像(以下稱為“DSA圖像”) 的DSA處理。按照如下獲得DSA圖像在造影劑注入被攝體的前后獲取圖像，并且從造影劑注入之后的圖像(以下稱為“造影圖像(live image) ”)中減去造影劑注入之前的圖像(以下稱為“掩模圖像(mask image)”)。在從造影圖像中減去掩模圖像的減法處理中，將作為診斷用的關(guān)注區(qū)域的血管區(qū)域保持為由于造影劑注入所引起的圖像之間的變化區(qū)域，并且消除作為背景區(qū)域的其它不需要區(qū)域以獲得均勻區(qū)域。因而，所生成的DSA圖像對(duì)于診斷是有幫助的。DSA圖像的診斷上的使用目的在于明確描述注入有造影劑的血管圖像。通過從造影圖像中減去掩模圖像所獲得的減影圖像已實(shí)現(xiàn)了該目的。為了獲得更加明確的描述，通過圖像分析來使造影劑注入?yún)^(qū)域與除該造影劑注入?yún)^(qū)域以外的背景區(qū)域分離，并且通過對(duì)這些區(qū)域應(yīng)用不同的圖像處理來進(jìn)行高圖像質(zhì)量化處理。該高圖像質(zhì)量化處理例如可以是針對(duì)造影劑注入?yún)^(qū)域的選擇性強(qiáng)調(diào)、針對(duì)背景區(qū)域的選擇性噪聲降低、以及造影劑注入?yún)^(qū)域與造影圖像進(jìn)行疊加的路像(road map image)的生成。PTL I公開了如下技術(shù)，其中該技術(shù)進(jìn)行用于將減影圖像的各部位與預(yù)定值進(jìn)行比較從而將該減影圖像的血管區(qū)域與其它區(qū)域可靠地區(qū)分開的閾值處理，并且基于該結(jié)果來使作為關(guān)注區(qū)域的血管區(qū)域與其它區(qū)域分離從而僅強(qiáng)調(diào)顯示該血管區(qū)域。PTL 2公開了如下技術(shù)，其中該技術(shù)用于針對(duì)減影圖像的各像素，根據(jù)水平方向像素值梯度和垂直方向像素值梯度來獲得梯度值以及向著血管的梯度線。針對(duì)該梯度線上的梯度值或像素值，生成了分布。然后，提取局部最大點(diǎn)或全局最大點(diǎn)作為輪廓點(diǎn)或芯線點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)使用高圖像質(zhì)量化處理時(shí)，必須使造影劑注入?yún)^(qū)域與除該造影劑注入?yún)^(qū)域以外的背景區(qū)域分離。在掩模圖像和造影圖像之間沒有出現(xiàn)被攝體運(yùn)動(dòng)的情況下、或者在完全校正了被攝體運(yùn)動(dòng)的理想條件下，可以通過對(duì)減影圖像的分析來容易地進(jìn)行該分離處理。然而，通常，在掩模圖像和造影圖像之間出現(xiàn)被攝體運(yùn)動(dòng)，并且難以對(duì)該運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正。因而，在DSA圖像的除造影劑注入?yún)^(qū)域以外的區(qū)域中可能出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影(motionartifact)。由此，利用傳統(tǒng)方法，可能檢測到由于因被攝體運(yùn)動(dòng)所引起的運(yùn)動(dòng)偽影而生成的邊緣。此外，利用傳統(tǒng)方法，提取諸如被攝體和可透視區(qū)域之間的邊界或者肺野區(qū)域或金屬區(qū)域與其它區(qū)域之間的邊界等的像素值之差較大的區(qū)域，作為DSA圖像中的高像素值區(qū)域。引f列表_9] 專利文獻(xiàn)PTL I :日本特公平 04-030786PTL 2 :日本特開平 05-16792
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)該申請(qǐng)的本發(fā)明解決了上述問題，并且提供了用于精確地提取造影劑注入?yún)^(qū)域的技術(shù)。
本發(fā)明是考慮到上述情況而作出的。根據(jù)本發(fā)明的方面，一種X射線圖像處理設(shè)備，包括圖像間減法單元，用于通過在多個(gè)X射線圖像之間進(jìn)行減法處理，來獲取減影圖像，其中所述多個(gè)X射線圖像是在不同時(shí)刻拍攝被攝體的圖像時(shí)所獲得的；預(yù)定區(qū)域提取單元，用于從所述多個(gè)X射線圖像的其中一個(gè)X射線圖像中提取預(yù)定區(qū)域；以及區(qū)域提取單元，用于從所述減影圖像中的與所述預(yù)定區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中提取以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域。通過以下結(jié)合附圖所進(jìn)行的說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。


包含在說明書中并構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并和說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。圖I示出根據(jù)實(shí)施例的X射線圖像處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)。圖2示出作為本發(fā)明最具有特征的結(jié)構(gòu)的圖像分析處理單元的詳情。圖3示出圖像分析處理單元的處理流程。圖4示出邊緣檢測處理的流程。圖5示出預(yù)定區(qū)域提取單元的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖6示出預(yù)定區(qū)域提取單元的流程。圖7示出可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下將根據(jù)附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。以下將參考圖I來說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的X射線圖像處理設(shè)備。X射線圖像處理設(shè)備100包括X射線生成單元101，其能夠生成每秒3 30脈沖的X射線脈沖；以及二維X射線傳感器104，用于接收透過被攝體102的X射線103，并且拍攝與X射線脈沖同步的動(dòng)畫圖像作為X射線圖像。二維X射線傳感器104用作用于拍攝利用X射線照射的被攝體102的動(dòng)畫圖像的攝像單元。X射線圖像處理設(shè)備100還包括預(yù)處理單元105，用于對(duì)二維X射線傳感器104在不同時(shí)刻所拍攝到的動(dòng)畫圖像的各幀進(jìn)行預(yù)處理；以及圖像存儲(chǔ)單元106，用于存儲(chǔ)預(yù)處理后的動(dòng)畫圖像的至少一幀作為造影劑注入之前的掩模圖像。作為掩模圖像所存儲(chǔ)的該幀例如是緊挨在開始拍攝動(dòng)畫圖像之后的幀、緊挨在造影劑注入之前的幀、在從動(dòng)畫圖像檢測到造影劑的注入時(shí)自動(dòng)獲取到的幀、或者在開始造影劑的注入時(shí)由于操作員指示了存儲(chǔ)時(shí)刻而選擇的幀?？蛇x地，可以存儲(chǔ)多個(gè)幀，并且可以適當(dāng)?shù)剡x擇用作掩模圖像的幀或者可以合成多個(gè)幀。X射線圖像處理設(shè)備100還包括圖像間減法處理單元107，其中圖像間減法處理單元107用于從預(yù)處理單元105所輸出的造影劑注入之后的幀(以下稱為“造影圖像”)中減去圖像存儲(chǔ)單元106中所存儲(chǔ)的掩模圖像，并且將該結(jié)果作為減影圖像輸出。X射線圖像處理設(shè)備100還包括圖像分析處理單元108，其中圖像分析處理單元108用于對(duì)預(yù)處理單元105所輸出的造影圖像與圖像存儲(chǔ)單元106中所存儲(chǔ)的掩模圖像中的至少一個(gè)以及圖像間減法處理單元107所輸出的減影圖像進(jìn)行分析，并且提取造影劑注入?yún)^(qū)域和背景區(qū)域之間的邊界。X射線圖像處理設(shè)備100還包括高圖像質(zhì)量化處理單元109，用于基于圖像分析處理單元108所輸出的造影劑注入?yún)^(qū)域和背景區(qū)域之間的邊界區(qū)域，來對(duì)各幀進(jìn)行高圖像 質(zhì)量化處理；以及圖像顯示單元110，用于顯示該高圖像質(zhì)量化處理之后的圖像作為D SA圖像。這里所進(jìn)行的高圖像質(zhì)量化處理例如可以是針對(duì)圖像分析處理單元108所提取的邊界像素的邊緣強(qiáng)調(diào)處理、針對(duì)除邊界像素以外的像素的噪聲降低處理、用于將邊界像素疊加在造影圖像上的路圖處理、或者灰度轉(zhuǎn)換處理。特別地，通過使用根據(jù)以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域的像素值所計(jì)算出的值作為參數(shù)來生成灰度轉(zhuǎn)換曲線，并且對(duì)減影圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換處理從而增大以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的該區(qū)域的對(duì)比度。此外，期望通過使用從造影劑注入?yún)^(qū)域和背景區(qū)域之間的邊界區(qū)域的像素值中所提取的值來生成灰度轉(zhuǎn)換曲線，并且對(duì)減影圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換處理從而增大該邊界區(qū)域的對(duì)比度。因此，提高了可視性。圖像分析處理單元108的結(jié)構(gòu)是本實(shí)施例中最具有特征的結(jié)構(gòu)，并且將參考圖2的框圖來進(jìn)行詳細(xì)說明。圖像分析處理單元108包括減影圖像分析單元201，用于從減影圖像中提取第一區(qū)域；以及預(yù)定區(qū)域提取單元202，用于從掩模圖像和造影圖像的至少一個(gè)中提取第二區(qū)域。圖像分析處理單元108還包括區(qū)域提取單元203，其中區(qū)域提取單元203用于根據(jù)第一區(qū)域和第二區(qū)域來提取以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域。以下將參考圖3的流程圖來進(jìn)一步說明具有上述結(jié)構(gòu)的圖像分析處理單元108的操作。在步驟S301中，圖像分析處理單元108將圖像間減法處理單元107所輸出的減影圖像輸入至減影圖像分析單元201。減影圖像分析單元201分析該減影圖像，并輸出表示以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域的第一 2值圖像。這里，以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域是造影劑注入?yún)^(qū)域本身或者該造影劑注入?yún)^(qū)域中所包括的對(duì)比度變化大的區(qū)域。因而，以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域包括利用與造影劑注入?yún)^(qū)域有關(guān)的信息所獲得的區(qū)域。此外，以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域包括造影劑注入?yún)^(qū)域中的從該造影劑注入?yún)^(qū)域和背景區(qū)域之間的邊界起延伸的預(yù)定范圍。第一 2值圖像是基于造影劑注入?yún)^(qū)域所獲得的。特別地，從減影圖像中提取對(duì)比度變化大的區(qū)域很有效，這是因?yàn)槿绻煊皠┳⑷雲(yún)^(qū)域中的對(duì)比度變化大的區(qū)域的可視性例如由于灰度轉(zhuǎn)換或頻率處理而提高，則診斷的有效性增大。此外，在很多情況下，對(duì)比度變化大的區(qū)域?qū)儆谠煊皠┳⑷雲(yún)^(qū)域中的從該造影劑注入?yún)^(qū)域和背景區(qū)域之間的邊界起延伸的預(yù)定范圍的可能性較高。因而，提取該區(qū)域。第一 2值圖像是包括如下的I和O的圖像，其中I表示通過對(duì)減影圖像進(jìn)行邊緣檢測處理所獲得的邊緣像素，O表示其它像素。通常，通過邊緣檢測處理而從減影圖像所獲得的邊緣包括如下邊緣，其中所包括的該邊緣不是提取對(duì)象，而是由于諸如被攝體和可透視區(qū)域之間的邊界或者肺野區(qū)域或金屬區(qū)域周邊等的高/低像素值區(qū)域的周邊所出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)偽影而生成的。在步驟S302中，圖像分析處理單元108將預(yù) 處理單元105所輸出的造影圖像和圖像存儲(chǔ)單元106中所存儲(chǔ)的掩模圖像中的至少一個(gè)輸入至預(yù)定區(qū)域提取單元202。預(yù)定區(qū)域提取單元202對(duì)該輸入圖像進(jìn)行圖像分析處理，并且輸出第二 2值圖像作為第二區(qū)域。該第二 2值圖像是包括如下的I和O的圖像，其中I表示可以注入造影劑的區(qū)域，O表示諸如可透視區(qū)域、肺野區(qū)域或金屬區(qū)域等的沒有注入造影劑的高/低像素值區(qū)域。在步驟S303中，圖像分析處理單元108將第一區(qū)域和第二區(qū)域輸入至區(qū)域提取單元203。區(qū)域提取單元203基于該第一區(qū)域和第二區(qū)域來生成2值區(qū)域圖像。該2值區(qū)域圖像是圖像分析處理單元108的輸出。該2值區(qū)域圖像是通過對(duì)第一 2值圖像和第二 2值圖像進(jìn)行圖像間邏輯積運(yùn)算處理所獲得的，并且包括如下的I和0，其中I表示從注入造影劑的區(qū)域延伸至以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域的區(qū)域，O表示其它區(qū)域。在本實(shí)施例中，對(duì)于減影圖像分析單元201，可以應(yīng)用各種邊緣檢測方法。Canny邊緣檢測方法是邊緣檢測方法的例子。這里，以下將參考圖4的流程圖來說明在使用Canny邊緣檢測方法作為邊緣檢測方法時(shí)的減影圖像分析單元201的操作。在步驟S401中，減影圖像分析單元201利用高斯濾波器對(duì)減影圖像Is進(jìn)行噪聲降低處理，以生成噪聲降低圖像IN。在步驟S402中，減影圖像分析單元201在水平方向和垂直方向上對(duì)噪聲降低圖像In進(jìn)行一階微分處理，以生成水平方向微分圖像Gx和垂直方向微分圖像Gy。在該一階微分處理中，使用諸如Roberts算子、Prewitt算子或Sobel算子等的邊緣檢測算子。水平方向微分圖像Gx和垂直方向微分圖像Gy是各像素值具有與水平方向和垂直方向上的梯度強(qiáng)度和梯度方向有關(guān)的信息的圖像。在步驟S403中，減影圖像分析單元201通過使用水平方向微分圖像Gx和垂直方向微分圖像Gy，利用以下表達(dá)式來計(jì)算梯度強(qiáng)度圖像G和梯度方向圖像Θ。數(shù)學(xué)式I(J = Qx^ +數(shù)學(xué)式2
.(Gy\Θ = arctan —^
\Gx J梯度強(qiáng)度圖像G是各像素值表示梯度強(qiáng)度的圖像。梯度方向圖像Θ是各像素值表示梯度方向的圖像，其中例如，在噪聲降低圖像In中，梯度方向由_π/2(包括-31/2廣31/2 (不包括31/2)的范圍內(nèi)的包括O和π/2的值來表示，其中O表示像素值在水平方向上增大的像素，η /2表示像素值在垂直方向上增大的像素。在步驟S404中，減影圖像分析單元201基于梯度強(qiáng)度圖像G和梯度方向圖像Θ來進(jìn)行非最大點(diǎn)抑制處理，并且將邊緣候選圖像E作為邊緣信息輸出。邊緣候選圖像E是包括如下的I和O的2值圖像，其中I表示噪聲降低圖像的局部最大邊緣像素，O表示其它像素。在該非最大點(diǎn)抑制處理中，基于梯度方向圖像Θ (x, y)來選擇關(guān)注像素(x，y)的兩個(gè)鄰接像素。如果關(guān)注像素(x，y)的梯度強(qiáng)度圖像G(x，y)大于這兩個(gè)鄰接像素的值，則將關(guān)注像素(x，y)看作局部最大邊緣像素，并且表示為E(x，y)=l。按照如下說明具體示例。如果梯度方向圖像Θ (x，y)在-3i/8(包括-JI/8廣3i/8(不包括Jr/8)的范圍內(nèi)，則在配置于水平方向上的兩個(gè)像素用作鄰接像素的情況下通過以下表達(dá)式來確定E(x，y)。數(shù)學(xué)式權(quán)利要求
1.一種X射線圖像處理設(shè)備，包括 圖像間減法單元，用于通過在多個(gè)X射線圖像之間進(jìn)行減法處理，來獲取減影圖像，其中所述多個(gè)X射線圖像是在不同時(shí)刻拍攝被攝體的圖像時(shí)所獲得的； 預(yù)定區(qū)域提取單元，用于從所述多個(gè)X射線圖像的其中一個(gè)X射線圖像中提取預(yù)定區(qū)域；以及 區(qū)域提取單元，用于從所述減影圖像中的與所述預(yù)定區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中提取以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域提取單元從造影劑注入之前的圖像和造影劑注入之后的圖像中分別獲取所述造影劑注入?yún)^(qū)域，并且提取所獲取的區(qū)域相互疊加的區(qū)域作為所述預(yù)定區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域提取單元從造影劑注入之前的圖像和造影劑注入之后的圖像的其中一個(gè)圖像中提取所述造影劑注入?yún)^(qū)域，作為所述預(yù)定區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，還包括 減影圖像分析單元， 其中，所述減影圖像分析單元對(duì)所述減影圖像進(jìn)行邊緣檢測處理，并根據(jù)作為邊緣檢測處理的結(jié)果所獲得的邊緣信息來獲取以所述造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域，以及 所述區(qū)域提取單元從所述預(yù)定區(qū)域和所述減影圖像分析單元所獲取的以所述造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域中提取區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述減影圖像分析單元使用Canny邊緣檢測方法作為針對(duì)所述減影圖像的邊緣檢測處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述減影圖像分析單元使用零交叉法作為針對(duì)所述減影圖像的邊緣檢測處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述減影圖像分析單元包括用于針對(duì)所述減影圖像的邊緣檢測處理的多個(gè)邊緣檢測算子，并且根據(jù)造影劑的注入狀況來選擇所述多個(gè)邊緣檢測算子的其中一個(gè)邊緣檢測算子。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，所述預(yù)定區(qū)域提取單元基于與預(yù)定值的比較，從造影劑注入之前的圖像和造影劑注入之后的圖像中的至少一個(gè)圖像提取高像素值區(qū)域或低像素值區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于， 所述預(yù)定區(qū)域提取單元包括 直方圖轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)造影劑注入之前的圖像和造影劑注入之后的圖像中的至少一個(gè)圖像，來生成像素值直方圖；以及 閾值計(jì)算單元，用于對(duì)所述像素值直方圖進(jìn)行分析并計(jì)算閾值， 其中，所述預(yù)定區(qū)域提取單元基于所述閾值來提取區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的X射線圖像處理設(shè)備，其特征在于，還包括高圖像質(zhì)量化處理單元，所述高圖像質(zhì)量化處理單元用于通過使用如下值作為參數(shù)來生成灰度轉(zhuǎn)換曲線，并且對(duì)所述減影圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換處理從而增大以所述造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域的對(duì)比度，其中該值是根據(jù)所述區(qū)域提取單元提取出的以所述造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域的像素值所計(jì)算出的。
11.一種X射線圖像處理方法，包括以下步驟 圖像間減法步驟，用于通過在多個(gè)X射線圖像之間進(jìn)行減法處理，來獲取減影圖像，其中所述多個(gè)X射線圖像是在不同時(shí)刻拍攝被攝體的圖像時(shí)所獲得的； 預(yù)定區(qū)域提取步驟，用于從所述多個(gè)X射線圖像的其中一個(gè)X射線圖像中提取預(yù)定區(qū)域；以及 區(qū)域提取步驟，用于從所述減影圖像中的與所述預(yù)定區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中提取以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域。
12.—種存儲(chǔ)有用于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求11所述的X射線圖像處理方法的程序的存儲(chǔ)介質(zhì)。
全文摘要
圖像間減法單元通過在多個(gè)X射線圖像之間進(jìn)行減法處理，來獲取減影圖像，其中所述多個(gè)X射線圖像是在不同時(shí)刻拍攝被攝體的圖像時(shí)所獲得的。預(yù)定區(qū)域提取單元從所述多個(gè)X射線圖像的其中一個(gè)X射線圖像中提取預(yù)定區(qū)域。區(qū)域提取單元從所述減影圖像中的與所述預(yù)定區(qū)域相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中提取以造影劑注入?yún)^(qū)域?yàn)榛A(chǔ)的區(qū)域。
文檔編號(hào)A61B6/00GK102665558SQ201080057830
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者宮本秀昭 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社