本發(fā)明屬于醫(yī)療檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于介入手術(shù)的數(shù)字減影圖像的生成方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

在臨床介入手術(shù)場合，醫(yī)生通常需要對患者身體進行兩次曝光以確定介入手術(shù)部位的具體位置。其流程為第一次曝光拍攝，得到身體部位的蒙片圖像，注入造影劑，進行第二次曝光拍攝，得到注入造影劑的圖像。將血管充盈造影劑的圖像與蒙片圖像相減，得到血管的數(shù)字減影圖像(digitalsubtractionangiography，簡寫為dsa)。這種應(yīng)用模式存在的問題有：

1.過度的造影劑使用。每次進行dsa，需要對患者注入造影劑，造影劑本身對人體健康具有一定的危害，然而如果造影劑在血管內(nèi)充盈不足，就無法在dsa結(jié)果圖像中呈現(xiàn)對比度清晰的血管。由于患者組織及其病理的多樣性，為了保證dsa成像結(jié)果，在dsa過程中很難控制造影劑的合適劑量。

2.過度的輻射曝光。每次進行dsa，需要兩次曝光分別得到蒙片像和造影劑充盈圖像，手術(shù)涉及的輻射曝光劑量需要盡量降低來減小對人體的傷害，每增加一次輻射曝光，都是對患者的一次輻射傷害，醫(yī)生需要考慮x線曝光的必要性，以減少過度的輻射曝光，降低患者的輻射傷害。

3.引入的運動偽影。每次進行dsa，需要兩次曝光分別得到蒙片像和造影劑充盈圖像，然而兩次曝光時患者的呼吸、抖動會造成兩次曝光圖像對不準(zhǔn)，導(dǎo)致在減影時出現(xiàn)運動偽影，這種運動偽影降低了圖像對比度，導(dǎo)致降低了介入手術(shù)的定位精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述為題，本發(fā)明意在提出一種數(shù)字減影圖像的實時蒙片生成方法和設(shè)備，使用數(shù)字處理方法，利用數(shù)字低通濾波器對原始圖像進行處理，獲得蒙片圖像，不需二次曝光，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。

本發(fā)明提供一種用于介入手術(shù)的數(shù)字減影圖像的生成方法，包括以下步驟：

a、向人體內(nèi)注入造影劑，探測儀對人體進行曝光，采集得到原始圖像；

b、將所述原始圖像導(dǎo)入數(shù)字低通濾波器，進行平滑處理，獲得蒙片圖像；

c、將所述原始圖像與蒙片圖像一起輸入減法器，進行相減處理，獲得數(shù)字減影圖像。

使用傳統(tǒng)上的數(shù)字低通濾波器，會導(dǎo)致dsa圖像模糊不清。本發(fā)明優(yōu)選的數(shù)字低通濾波器為保邊濾波器。上述步驟b即為：將所述原始圖像導(dǎo)入所述保邊濾波器，進行平滑處理，獲得蒙片圖像。

保邊濾波器也有多個種類，本發(fā)明優(yōu)選的保邊濾波器為引導(dǎo)濾波器。上述步驟b即為：將所述原始圖像導(dǎo)入所述引導(dǎo)濾波器，進行平滑處理，獲得蒙片圖像。

引導(dǎo)濾波器的截止頻率通過濾波器的窗口大小進行控制。利用上述的引導(dǎo)濾波器處理原始圖像時，所述引導(dǎo)濾波器的窗口大小為4～6。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，將所述數(shù)字低通濾波器和減法器內(nèi)嵌在圖像處理器；利用圖像處理器，實現(xiàn)所述步驟b和步驟c。

優(yōu)選的，當(dāng)利用圖像處理器獲得數(shù)字減影圖像(dsa圖像)，所述數(shù)字低通濾波器為引導(dǎo)濾波器時，引導(dǎo)濾波器對原始圖像的平滑處理包括以下步驟：

f、對所述原始圖像的像素點進行逐點積分累計求和，生成積分圖，獲得積分圖數(shù)值，將所述積分圖數(shù)值存儲到列表中；

g、對所述列表中的積分圖數(shù)值進行均值和方差的計算，獲得濾波前值；

h、對所述濾波前值進行引導(dǎo)濾波計算，獲得蒙片圖像。

另外，本發(fā)明提供一種生成數(shù)字減影圖像的設(shè)備，包括探測儀、減法器、顯示器和操作臺和圖像處理器；

所述圖像處理器包括信號入口和信號出口，所述圖像處理器內(nèi)嵌有數(shù)字低通濾波器；

所述減法器內(nèi)嵌于所述圖像處理器，所述信號入口分別連接所述數(shù)字低通濾波器和減法器，所述數(shù)字低通濾波器連接所述減法器，所述減法器連接所述信號出口；

所述探測儀連接所述操作臺，所述操作臺連接所述信號入口，所述信號出口連接所述顯示器。

進一步的，所述數(shù)字低通濾波器為保邊濾波器。更進一步的，所述保邊濾波器為引導(dǎo)濾波器。

作為本發(fā)明優(yōu)選的方案，所述設(shè)備進一步包括儲存器，所述儲存器連接所述操作臺。操作臺讀取圖像處理器生成的數(shù)字減影圖像后，將其存儲到儲存器，以備后續(xù)使用。

本發(fā)明提供的數(shù)字減影圖像生成方法和設(shè)備，不需二次曝光即可生成數(shù)字減影圖像；減少了患者所受到的輻射劑量；縮短了手術(shù)時間，從而減少了造影劑的注入劑量；使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；采用積分圖方法將均值和方差計算轉(zhuǎn)化為查表過程，從而縮短了運算時間，加速引導(dǎo)濾波計算。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法生成dsa圖像的流程圖；

圖2是本發(fā)明的方法利用引導(dǎo)濾波器生成dsa圖像的流程圖；

圖3是本發(fā)明的設(shè)備的示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例1的流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例2的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的目的之一是提供一種用于介入手術(shù)的數(shù)字減影圖像的生成方法，包括以下步驟：

1、向人體內(nèi)注入造影劑，探測儀對人體進行曝光，采集得到原始圖像；

2、將原始圖像導(dǎo)入數(shù)字低通濾波器，進行平滑處理，獲得蒙片圖像；

3、將原始圖像與蒙片圖像一起輸入減法器，進行相減處理，獲得數(shù)字減影圖像(dsa圖像)。

其中，數(shù)字低通濾波器可以是傳統(tǒng)的線性濾波器如平均濾波器、高斯濾波器。但是，線性濾波器在將圖像背景平滑的同時會造成圖像邊緣過度平滑，造成減影時圖像邊緣對不準(zhǔn)，從而導(dǎo)致dsa圖像在血管邊緣處對比度下降，模糊不清，進而導(dǎo)致降低了介入手術(shù)的定位精度。保邊濾波器(edge-preservingfilter)可解決傳統(tǒng)濾波器的這一問題，提高了dsa圖像的血管邊緣對比度，因此，本發(fā)明實施例的方法優(yōu)選保邊濾波器進行數(shù)字低通濾波，即平滑處理。

保邊濾波器分為多個種類，例如雙邊濾波器(bi-lateralfilter)、引導(dǎo)濾波器(guidedfilter)、l0平滑濾波器(l0smoothing)等，由于介入手術(shù)的實時性要求非常高，必須選擇計算量較低的保邊濾波器，因此，本方法優(yōu)選引導(dǎo)濾波器進行數(shù)字低通濾波。

引導(dǎo)濾波器的截止頻率通過濾波器的窗口大小進行控制，窗口設(shè)置過大會導(dǎo)致計算量增加，因此，優(yōu)選的，引導(dǎo)濾波器的窗口大小為4～6。窗口大小指的是參與濾波計算的像素維度。

作為本發(fā)明實施例的優(yōu)選方案，將數(shù)字低通濾波器和減法器內(nèi)嵌在圖像處理器(gpu)。上述步驟2和步驟3對原始圖像和蒙片圖像的處理，在gpu上進行，最終獲得dsa圖像。

如圖2所示，利用圖像處理器獲得數(shù)字減影圖像(dsa圖像)，當(dāng)數(shù)字低通濾波器為引導(dǎo)濾波器時，引導(dǎo)濾波器對原始圖像的平滑處理包括以下步驟：

4、對原始圖像的像素點進行逐點積分累計求和，生成積分圖，獲得積分圖數(shù)值，將積分圖數(shù)值存儲到列表中；

5、對列表中的積分圖數(shù)值進行均值和方差的計算，獲得濾波前值；

6、對濾波前值進行引導(dǎo)濾波計算，獲得蒙片圖像。

積分圖即是將原始圖像按照像素點進行逐點積分累計求和，例如圖像從左上角的像素點開始，圖像中第1行第1列的像素點的積分和是該像素點的像素值，以此類推，圖像中第m行第n列的像素點的積分和就是位于它之前的像素點即第m行第n-1列的像素點的積分和加上第m行第n列的像素點的像素值得到。

將計算得到的積分圖數(shù)值存儲到一個列表中，這樣一個特定區(qū)域的積分圖數(shù)值就可以通過查找該列表中對應(yīng)的位置而獲得。

圖像中一個區(qū)域內(nèi)的均值就等于該區(qū)域內(nèi)的積分圖數(shù)值除以該區(qū)域大小，方差就等于該區(qū)域每個像素點的積分圖數(shù)值減去均值的平方除以該區(qū)域大小。

如圖3所示，本發(fā)明實施例的另一目的是提供一種生成數(shù)字減影圖像的設(shè)備，包括探測儀1、操作臺2、圖像處理器3、顯示器4和儲存器5。采用數(shù)字處理技術(shù)，圖像處理器3可實時生成數(shù)字減影圖像。

探測儀1包括x線球管11、平板探測器(fpd)12和視頻采集卡13。x線球管11射出x線透過患者身體，在平板探測器12上形成原始圖像，平板探測器將原始圖像輸出到視頻采集卡13。

操作臺2用于讀取視頻采集卡13緩存的原始圖像數(shù)據(jù)，并將其傳送到圖像處理器3。

圖像處理器3包括信號入口和信號出口，數(shù)字低通濾波器31和減法器32內(nèi)嵌于圖像處理器3。

原始圖像數(shù)據(jù)通過信號入口輸入圖像處理器3；信號入口將原始圖像數(shù)據(jù)分別傳輸給數(shù)字低通濾波器31和減法器32；數(shù)字低通濾波器31通過對原始圖像的處理，獲得蒙片圖像，并將蒙片圖像傳輸給減法器32；減法器32將原始圖像和蒙片圖像結(jié)合，獲得dsa圖像。本發(fā)明實施例優(yōu)選的數(shù)字低通濾波器31為引導(dǎo)濾波器。

dsa圖像通過信號出口傳輸給顯示器，供醫(yī)療人員查看。

儲存器5連接操作臺2，圖像處理器3將生成的dsa圖像傳輸給操作臺2，操作臺2將其存儲到儲存器5，以備后續(xù)使用。

實施例1

如圖4所示，當(dāng)需要患者的數(shù)字減影圖像，輔助治療時，醫(yī)生啟動造影劑注射器向患者血管內(nèi)推入造影劑，待造影劑在血管內(nèi)流動達到充盈狀態(tài)，再啟動x線曝光開光。由x線球管射出x線透過患者身體，在平板探測器(fpd)上形成原始圖像，平板探測器經(jīng)視頻采集卡將原始圖像傳送到圖像處理系統(tǒng)。

圖像處理系統(tǒng)包括了操作臺、gpu和顯示器。操作臺從視頻采集卡的緩存中讀取圖像數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給圖形處理器gpu進行實時蒙片生成的計算，計算得到的dsa圖像由圖形處理器gpu發(fā)送給顯卡器，由顯卡器顯示dsa圖像。

上述的x線球管、平板探測器及視頻采集卡皆為面向醫(yī)用介入影像應(yīng)用場合的醫(yī)療器械。圖像處理系統(tǒng)，通常是面向醫(yī)用介入影像應(yīng)用的系統(tǒng)，其中，操作臺通常是桌面臺式機，也可以根據(jù)實際需要使用其它具有與桌面臺式機類似運算處理能力的智能設(shè)備。醫(yī)用顯示器及其配備的顯卡屬于面向臨床醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的顯示裝置。圖形處理器通常是支持cuda計算架構(gòu)的圖形處理器插卡，同時也包括支持opencl和opengl架構(gòu)的圖形處理器插卡。

實施例2

如圖5所示，與實施例1不同的是，圖形處理器(gpu)生成dsa圖像后，將其返回給操作臺，操作臺再將dsa圖像發(fā)送給光盤驅(qū)動器，通過光盤驅(qū)動器將dsa結(jié)果圖像刻錄到光盤中。光盤驅(qū)動器可以集成在操作臺上，也可以作為分立設(shè)備使用，光盤為vcd、dvd等常用電腦耗材。

需要說明的是，以上參照附圖所描述的各個實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說明，那么任何實施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實施例的全部或一部分來使用。