本發(fā)明涉及雙能量射線照相，并且更特別地涉及一種用于減少組織類型特定的衍生圖像中的未配準(zhǔn)偽像的運(yùn)動(dòng)校正方法。

背景技術(shù)：

胸部檢查的診斷閱讀受到解剖學(xué)噪聲的阻礙。由于覆蓋的骨骼結(jié)構(gòu)的阻塞，胸部異常難以識別。在標(biāo)準(zhǔn)的胸部射線照相中，通過用高能光子（約120kvp）進(jìn)行曝光來部分地減少骨骼結(jié)構(gòu)的對比。

雙能量減影的技術(shù)允許通過使用雙曝光來分離骨骼和軟組織：一個(gè)具有高能譜，并且一個(gè)具有低能譜。結(jié)果是標(biāo)準(zhǔn)的后-前胸部圖像和2個(gè)組織類型特定的圖像。此技術(shù)有助于識別和表征結(jié)節(jié)、包塊、肺部疾病和骨骼異常。

盡管兩個(gè)曝光是在來自呼吸的小于一秒（通常為200ms）的運(yùn)動(dòng)偽像內(nèi)完成的，但是心臟運(yùn)動(dòng)和生理運(yùn)動(dòng)要求運(yùn)動(dòng)校正方法來減少運(yùn)動(dòng)偽像。

投影放射照相圖像中的重疊結(jié)構(gòu)可以示出不同的位移。例如，由于呼吸引起的運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的，并且與重疊的肋骨結(jié)構(gòu)相比，肺野（例如支氣管）中的結(jié)構(gòu)可以移動(dòng)到其它方向中。即使前肋骨和后肋骨的陰影也可以示出不同的位移。

為了優(yōu)化軟組織衍生圖像的質(zhì)量，抑制骨骼結(jié)構(gòu)是重要的。由于骨骼結(jié)構(gòu)未對準(zhǔn)而引起的運(yùn)動(dòng)偽像令人不安并且必須避免。然而，必須考慮圖像中軟組織的位移以避免軟組織區(qū)域的強(qiáng)烈變形。

在專利us7.257.245b2中描述了軟組織類型驅(qū)動(dòng)圖像配準(zhǔn)方法的提議。該方法依賴于指示高能（he）和低能（le）圖像中的組織類型特定的結(jié)構(gòu)的掩模圖像（maskimage）以引導(dǎo)圖像對準(zhǔn)。此方法強(qiáng)烈地依賴于識別雙曝光原生圖像（nativeimage）中的對應(yīng)組織類型特定的結(jié)構(gòu)的能力。

目的是提供一種克服了上述缺點(diǎn)的用于雙能量圖像記錄過程中的運(yùn)動(dòng)校正的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

上面提到的各方面通過具有在權(quán)利要求1中闡述的具體方法步驟的方法來實(shí)現(xiàn)。

在從屬權(quán)利要求中闡述了針對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的具體特征。

本發(fā)明通常被實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其適于在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行并且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求中的任何一個(gè)的方法。

根據(jù)下面的描述和附圖，本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將變得顯而易見。

附圖說明

圖1示出了適合于肺野的四邊形，

圖2示出了針對多個(gè)平移偏移的局部接近度度量，

圖3示出了實(shí)際（最終）的角控制點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

在雙能量放射照相中，由x射線成像系統(tǒng)生成2個(gè)圖像：低能原生圖像（le）和高能原生圖像（he）。

通過使用不考慮如足跟效應(yīng)（heeleffect）、射束硬化和散射的空間依賴效應(yīng)的簡化物理模型，對數(shù)減影（log-subtraction）技術(shù)允許將低能和高能原生圖像分解成材料特定的圖像，例如，胸部射線照相中的骨骼和軟組織圖像：

其中和為針對低能譜的軟組織和骨骼的衰減系數(shù)，和為針對高能譜的軟組織和骨骼的衰減系數(shù)，并且和為針對像素位置（x，y）的患者中的骨骼和軟組織的厚度。

通過選擇適當(dāng)?shù)臋?quán)重參數(shù)w，可以重構(gòu)軟組織圖像（），并且可以重構(gòu)骨骼圖像（）。

在雙曝光系統(tǒng)的情況下，必須空間地對低能和高能的原生圖像進(jìn)行配準(zhǔn)以減少由于心臟、呼吸、腸和患者運(yùn)動(dòng)引起的未對準(zhǔn)偽像。

可以將預(yù)處理操作應(yīng)用到低能和高能圖像以減少噪聲，去除防散射網(wǎng)格線偽像等。

根據(jù)本發(fā)明，通過將全局運(yùn)動(dòng)校正步驟應(yīng)用到低能或高能的原生圖像中的一個(gè)，其后面是將局部運(yùn)動(dòng)校正步驟應(yīng)用到全局運(yùn)動(dòng)校正的（中間的）圖像來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)校正。

全局運(yùn)動(dòng)校正是基于由多個(gè)控制點(diǎn)控制的低能或高能原生圖像之一的雙線性翹曲（warping）。

在具體實(shí)施例中，放射照相圖像是胸部圖像。在這個(gè)實(shí)施例中，這些控制點(diǎn)是4個(gè)控制點(diǎn)，更具體地說是四邊形的4個(gè)角，其大致描繪了胸部圖像中的肺野（參見圖1，點(diǎn)a、b、c、d）。

通過分析原生圖像之一的水平和垂直平均輪廓（profile）來找到這些角控制點(diǎn)。

角控制點(diǎn)被選擇在肺野邊緣的附近。

在肺野的外圍，骨骼結(jié)構(gòu)和軟組織的陰影的運(yùn)動(dòng)或多或少是對準(zhǔn)的。此外，在此區(qū)域中，前肋骨和后肋骨的位移之間的不符是有限的。所以，在肺野邊緣的附近，可以通過考慮所有像素來準(zhǔn)確地計(jì)算局部運(yùn)動(dòng)。

在這些角控制點(diǎn)處，通過使用以角控制點(diǎn)為中心的局部圖像補(bǔ)?。ㄈ鐖D2中所示），針對多個(gè)平移偏移來計(jì)算雙曝光原生圖像（高能（he）圖像和低能（le）圖像）之間的局部接近度值。

存在計(jì)算圖像之間的局部接近度（也稱為相似度）的幾個(gè)方法。

在優(yōu)選實(shí)施例中，局部接近度值是低能或高能原生圖像之一（例如，低能原生圖像）中的補(bǔ)丁和另一原生圖像（例如，高能原生圖像）針對多個(gè)平移偏移的模板的（歸一化的）交叉相關(guān)系數(shù)。

在“fastnormalizedcross-correlation”，j.p.lewis，visioninterface，1995中描述了歸一化交叉相關(guān)系數(shù)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)。

其中

?是模板

?是模板的平均值

?是圖像補(bǔ)丁

?是模板區(qū)域下面的圖像補(bǔ)丁的平均值

在具體實(shí)施例中，用乘法對圖像解調(diào)。在典型的實(shí)現(xiàn)中，通過將原始像素值除以其低通過濾的版本來執(zhí)行雙曝光輸入圖像的乘法解調(diào)。優(yōu)選地，對乘法解調(diào)的圖像進(jìn)行修剪（clip）以限制高信號對比度對接近度值的影響。

在優(yōu)選實(shí)施例中，模板的尺寸是具有在3cm和6cm之間的物理范圍（physicalextent）的方形。將模板在每個(gè)方向上在4mm的最大距離內(nèi)移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，通過使用歸一化交叉相關(guān)系數(shù)來直接在灰度值原生圖像上計(jì)算接近度值。

在又一實(shí)施例中，可以將歐幾里得距離或互信息用作接近度值。

在每個(gè)控制點(diǎn)中，將針對其而言接近度值達(dá)到其最大值并超過預(yù)定義閾值的平移偏移選擇為位移矢量。閾值（thresholding）避免引入由于原生圖像中的噪聲污染引起的不可靠的位移矢量。所選擇的閾值與原生圖像中的預(yù)期噪聲水平相關(guān)。

為了改善魯棒性（robustness），可以在另外的控制點(diǎn)中計(jì)算最大接近度值和對應(yīng)的位移矢量。在優(yōu)選實(shí)施例中，另外的控制點(diǎn)是對（a，b）、（b，c）、（c，d）、（a，d）的中點(diǎn)和四邊形abcd的中心（參見圖1，點(diǎn)0到4）。

控制點(diǎn)0、1和3位于脊柱附近?？紤]到這些另外的控制點(diǎn)將避免圖像中心的不想要的變形。

在優(yōu)選實(shí)施例中，使用每個(gè)角控制點(diǎn)的位置和位移以及具有到所述角控制點(diǎn)的最短距離的3個(gè)另外的控制點(diǎn)來將四邊形abcd的4個(gè)角的最終位置和位移計(jì)算為加權(quán)平均值。

這導(dǎo)致新的四邊形，其具有拐角點(diǎn)a'、b'、c'和d'（參見圖3）。

使用下面的組合來計(jì)算這些拐角點(diǎn)a'、b'、c'和d'的位置及對應(yīng)的最終位移：

?a'基于a、0、1和4

?b'基于b、0、1和2

?c'基于c、0、2和3

?d'基于d、0、3和4。

在優(yōu)選實(shí)施例中，由接近度值和預(yù)定義權(quán)重分布來確定分配到不同控制點(diǎn)的權(quán)重。

僅考慮具有高于預(yù)定義閾值的接近度值的控制點(diǎn)。在不同控制點(diǎn)上的權(quán)重分布確保角控制點(diǎn)的權(quán)重是另外控制點(diǎn)的權(quán)重的至少兩倍。

給出拐角點(diǎn)a'、b'、c'和d'的位置及對應(yīng)的位移，使用翹曲（例如雙線性翹曲）來應(yīng)用運(yùn)動(dòng)校正。

雙線性翹曲根據(jù)下面的公式來將原始圖像中的像素坐標(biāo)（x，y）變換到新的坐標(biāo)（x'，y'）：

。

使用公知的矩陣代數(shù)運(yùn)算，可以從給定的x和y坐標(biāo)以及4個(gè)拐角點(diǎn)a'、b'、c'和d'的位移中計(jì)算出8個(gè)未知系數(shù)和。

使用諸如三次插值之類的插值來計(jì)算翹曲圖像的像素值。

在第二步驟中，對（雙線性）翹曲圖像進(jìn)行局部校正以進(jìn)一步改善與其它的未經(jīng)修改的原生圖像匹配的內(nèi)容。

為了計(jì)算局部位移，使用非全局校正（高能或低能）原生圖像和全局校正圖像中的重疊瓦片來計(jì)算接近度值。針對水平和垂直方向上的每第n個(gè)像素來計(jì)算瓦片。針對n的典型值為16。

在優(yōu)選實(shí)施例中，接近度的局部值是例如雙線性翹曲的低能圖像的翹曲圖像中的瓦片和其他原生圖像（例如，he圖像）針對多個(gè)平移偏移的模板的歸一化交叉相關(guān)系數(shù)，或者反之亦然。（類似于關(guān)于全局校正步驟所描述的，可以對圖像用乘法解調(diào)）。

典型的瓦片??尺寸為63x63像素。優(yōu)選地，平移偏移被限制到最大2個(gè)像素的兩個(gè)方向上的移動(dòng)。

將針對其而言接近度值達(dá)到其最大值并超過預(yù)定義閾值的平移偏移選擇為局部位移矢量。

結(jié)果是稀疏采樣的局部運(yùn)動(dòng)校正位移圖。

使用稀疏位移圖中的值的雙線性插值來計(jì)算用于每個(gè)中間像素的位移矢量。

在另一實(shí)施例中，使用三次插值來計(jì)算針對每個(gè)中間像素的位移矢量。

使用雙線性插值來將局部運(yùn)動(dòng)校正位移圖應(yīng)用到全局校正的圖像（例如，雙線性翹曲le圖像）。

在另一實(shí)施例中，使用三次插值來將位移圖應(yīng)用到（雙線性）翹曲的（le）圖像。

使用運(yùn)動(dòng)校正的雙曝光圖像來計(jì)算具有受抑制的運(yùn)動(dòng)偽像的組織類型特定的圖像。計(jì)算組織類型特定的圖像的此類方法是如專利申請wo/2013/037659中描述的無校準(zhǔn)雙能量射線照相方法。

因?yàn)榇嬖诙喑叨然叶忍幚恚╡p1341125）和多尺度對比度增強(qiáng)處理（ep1347413），所以可以例如使用已知的多尺度圖像處理方法來將后處理操作應(yīng)用到組織類型特定的圖像以減少噪聲，以應(yīng)用散射校正并且以將像素值轉(zhuǎn)換到適合于再現(xiàn)或顯示的值。