CN101398935A - 一种判断图像发生错位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种判断图像发生错位的方法，该方法包含以下步骤：(1)计算基图的形心；(2)计算被检测图的形心；(3)将所述被检测图的形心与所述基图的形心相比较，若两者的形心相同，则所述被检测图相对于所述基图没有发生平移；若两者的形心不同，则所述被检测图相对于所述基图发生平移。根据本发明的上述算法，可以方便、快速的判断出扫描图像是否发生错位，从而进一步有效地消除CT序列扫描中造成的图像错位。在图像进行三维重建前，对不同扫描断层的图像进行配准，消除层与层之间的旋转和偏转。

Description

一种判断图像发生错位的方法

技术领域

本发明涉及一种判断图像发生错位的方法，尤其是一种在计算机断层扫描(Computed Tomography，以下简称CT)图像上判断图像发生错位的方法。

背景技术

计算机断层成像CT扫描分为序列扫描(Sequence Scan)和螺旋扫描(Spiral Scan)。目前的CT机中都同时具备序列扫描和螺旋扫描的能力。序列扫描也称单次扫描，是一种基于进步-采集(step-and-shoot)模式的扫描方式。序列扫描方式包括数据获取周期和非数据获取周期。在数据获取周期，病人静止不动，而X光管和探测器以一定速度绕病人旋转；当该切片的一次完全的数据集获取之后，非数据获取周期开始。X光管关闭，病人则移动至下一个扫描的位置，在下一个扫描位置开始下一次扫描。

在序列扫描期间，由于病人的运动，例如病灶部位不可控制的痉挛、病人的呼吸、心跳运动或者床的抖动等，都会造成CT序列扫描图像中至少一幅扫描图像发生图像错位，该错位相对于未错位图像可能发生水平或垂直方向的平移，也可能发生旋转，或者兼而有之。

医生在确定病人的病灶部位的形状和结构时，通常会从上述序列扫描得到的图像中随机选择若干幅来生成最终用于确诊的图像。只有这些随机选择的扫描图像都是未发生错位的图像，用这些图像最终确定的病灶部位的形状和结构才是准确的。如果随机选择的序列扫描图像中有一幅发生了错位，则最终确定的病灶部位的形状和结构相对于真实的病灶而言就是不准确的。使用这种生成的不准确的图像对病灶部位的形状和结构进行判断，无疑会增加误诊和错诊的概率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种判断图像发生错位的方法，通过该方法能够准确而快速地判断出计算机断层扫描图像是否发生了错位，从而实现对错位图像的纠正，以便通过纠正后的图像更加准确地确定病灶部位的形状和结构。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种判断图像发生错位的方法，该方法包含以下步骤：

(1)计算基图的形心；

(2)计算被检测图的形心；

(3)将所述被检测图的形心与所述基图的形心相比较，若两者的形心相同，则所述被检测图相对于所述基图没有发生平移；若两者的形心不同，则所述被检测图相对于所述基图发生平移。

其中，所述形心的计算公式为

其中，所述x_i为第i个像素点的横坐标，所述y_i为为第i个像素点的纵坐标，F(x_i，y_i)为第i个像素点的CT值。

在本发明中，若所述被检测图的形心的横坐标小于所述基图的形心的横坐标，则将所述被检测图向右平移一距离；若所述被检测图的形心的横坐标大于所述基图的形心的横坐标，则将所述被检测图向左平移一距离，所述距离为所述被检测图的形心的横坐标与所述基图的形心的横坐标的差值的绝对值。

类似地，若所述被检测图的形心的纵坐标小于所述基图的形心的纵坐标，则将所述被检测图向上平移一距离；若所述被检测图的形心的纵坐标大于所述基图的形心的纵坐标，则将所述被检测图向下平移一距离，所述距离为所述被检测图的形心的纵坐标与所述基图的形心的纵坐标的差值的绝对值。

显示器上的像素点在所述发生平移的被检测图上的CT值为

F(m，n)＝(m₁+1-m)(n₁+1-n)F(m₁，n₁)+(m-m₁)(n₁+1-n)F(m₁+1，n₁)

       +(m₁+1-m)(n-n₁)F(m₁，n₁+1)+(m-m₁)(n-n₁)F(m₁+1，n₁+1)

其中，(m，n)为显示器上的像素点在所述发生平移的被检测图上的坐标值，(m₁，n₁)、(m₁+1，n₁)、(m₁，n₁+1)、(m₁+1，n₁+1)为与所述(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的坐标值，F(m₁，n₁)、F(m₁+1，n₁)、F(m₁，n₁+1)、F(m₁+1，n₁+1)分别为与所述(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的CT值。

本发明还提出另外一种判断图像发生错位的方法，该方法包含以下步骤：

(1)计算基图的形心和转动惯量轴；

(2)计算被检测图的形心和转动惯量轴；

(3)将所述被检测图的转动惯量轴与所述基图的转动惯量轴相比较，若两者的转动惯量轴相同，则所述被检测图相对于所述基图没有发生旋转；若两者的转动惯量轴不同，则所述被检测图相对于所述基图发生旋转。

其中，所述形心的计算公式为

其中，所述x_i为第i个像素点的横坐标，所述y_i为为第i个像素点的纵坐标，F(x_i，y_i)为第i个像素点的CT值。

其中，所述转动惯量轴的计算公式为 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i\sin \mathrm{\β}-Y_i\cos \mathrm{\β})}^2=0,$ 其中X_i＝x_i-形心_x，Y_i＝y_i-形心_y，β为所要计算的转动惯量轴。

若所述被检测图的转动惯量轴小于所述基图的转动惯量轴，则将所述被检测图围绕坐标原点逆时针旋转一角度；若所述被检测图的转动惯量轴大于所述基图的转动惯量轴，则将所述被检测图围绕坐标原点顺时针旋转一角度，所述角度值为所述被检测图的转动惯量轴与所述基图的转动惯量轴的差值的绝对值。所述坐标原点为所述被检测图的形心。

显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的CT值为

F(r，θ)＝(r₁+1-r)(θ₁+1-θ)F(r₁，θ₁)+(r-r₁)(θ₁+1-θ)F(r₁+1，θ₁)

       +(r₁+1-r)(θ-θ₁)F(r₁，θ₁+1)+(r-r₁)(θ-θ₁)F(r₁+1，θ₁+1)

其中，(r，θ)为显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的坐标值，(r₁，θ₁)、(r₁+1，θ₁)、(r₁，θ₁+1)、(r₁+1，θ₁+1)为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的坐标值，F(r₁，θ₁)、F(r₁+1，θ₁)、F(r₁，θ₁+1)、F(r₁+1，θ₁+1)分别为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的CT值。

根据本发明的上述算法，可以方便、快速的判断出扫描图像是否发生错位，从而进一步有效地消除CT序列扫描中造成的图像错位。在图像进行三维重建前，对不同扫描断层的图像进行配准，消除层与层之间的旋转和偏转，以实现数据空间的位置的对准和坐标归一。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述，其中：

图1是本发明实施例一的判断图像是否发生错位的方法流程图。

图2是本发明实施例一中扫描图像平移后计算移动后的像素点的CT值的说明示意图。

图3是本发明实施例二的判断图像是否发生错位的方法流程图。

具体实施方式

一般来说，CT序列扫描图像的大小有一设定值，本发明下述实施例中以扫描图像大小为512*512进行说明，即每幅扫描图像由512*512个像素点组成，每个像素点具有一个图像值，称为CT值。这512*512个像素点组成一个像素阵列，每一个像素点的横坐标和纵坐标分别表示为(x_i，y_i)，其中i的取值范围为0≤i≤511；每个像素点的CT值表示为F(x_i，y_i)。具体地说，第一行第一列的点表示为(x₀，y₀)，该点的CT值为F(x₀，y₀)；第一行最后一列的点表示为(x₀，y₅₁₁)，该点的CT值为F(x₀，y₅₁₁)；...；最后一行第一列的点表示为(x₅₁₁，y₀)，该点的CT值为F(x₅₁₁，y₀)；第一行最后一列的点表示为(x₅₁₁，y₅₁₁)，该点的CT值为F(x₅₁₁，y₅₁₁)。

图1是本发明实施例一的判断图像是否发生错位的方法流程图。该实施例一主要用于判断被检测图与基图相比是否发生水平或者垂直方向的错位，其详细步骤为：

第一步，计算基图的形心。所谓基图，是指没有发生错位的扫描图像。在选取基图时，可以选择已确定未发生错位的一幅扫描图像作为基图，也可以选择已确定未发生错位的几幅扫描图像并用所述几幅图像相应像素点的平均值所得的图像作为基图。

基图形心的计算公式为：

      (公式1)

          (公式2)

其中，所述x_i为第i个像素点的横坐标，所述y_i为为第i个像素点的纵坐标，F(x_i，y_i)为第i个像素点的CT值，本实施例中i的取值范围为0≤i≤511。

第二步，计算被检测图的形心。被检测图是指需要用本发明方法进行判断的、尚不确定是否相对于基图发生错位的扫描图像。

被检测图形心的计算公式仍然采用公式1、公式2。只是公式1、公式2中的(x_i，y_i)为被检测图上的像素点，F(x_i，y_i)为被检测图上对应像素点的CT值。公式中其他符号的含义也与上述相同。

第三步，将被检测图的形心与基图的形心相比较。也就是说，将被检测图的形心的横坐标与基图的形心的横坐标相比较；将被检测图的形心的纵坐标与基图的形心的纵坐标相比较。若所述横坐标与纵坐标分别相等，则被检测图相对于基图没有发生平移；只要所述横坐标与纵坐标其中有一个不相等，则被检测图相对于基图发生平移。

进一步而言，若被检测图的形心的横坐标小于基图的形心的横坐标，则将被检测图向右平移一距离；若被检测图的形心的横坐标大于基图的形心的横坐标，则将被检测图向左平移一距离，该距离为被检测图的形心的横坐标与基图的形心的横坐标的差值的绝对值。类似地，若被检测图的形心的纵坐标小于基图的形心的纵坐标，则将被检测图向上平移一距离；若被检测图的形心的纵坐标大于基图的形心的纵坐标，则将被检测图向下平移一距离，该距离为被检测图的形心的纵坐标与基图的形心的纵坐标的差值的绝对值。

图2是本发明实施例一中扫描图像平移后计算移动后的像素点的CT值的说明示意图。扫描图像进行平移后，其坐标系也发生了相应的平移，而此时显示器上的点的坐标并没有改变，因此需要计算显示器上的点在发生平移的坐标系中的坐标。也就是说，此时认为发生平移的被检测图上的坐标值是已知的，将所述发生平移的被检测图投影到显示器上，计算显示器上的像素点在发生平移的被检测图上的坐标值。图2中(m，n)为显示器上的任一个像素点在发生平移后的被检测图上的坐标值，(m₁，n₁)、(m₁+1，n₁)、(m₁，n₁+1)、(m₁+1，n₁+1)为与图2中与所述(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的坐标值，F(m₁，n₁)、F(m₁+1，n₁)、F(m₁，n₁+1)、F(m₁+1，n₁+1)分别为与(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的CT值。由图2中可以得知：

$F(m,n_1)=\frac{m-m_1}{(m_1+1)-m_1}(m_1+1,n_1)+\frac{m_1+1-m}{(m_1+1)-m_1}F(m_1,n_1)$

     $=(m-m_1)F(m_1+1,n_1)+(m_1+1-m)\text{F}(m_1,n_1)$

$F(m,n_1+1)=\frac{m-m_1}{(m_1+1)-m_1}(m_1+1,n_1+1)+\frac{m_1+1-m}{(m_1+1)-m_1}F(m_1,n_1+1)$

     $=(m-m_1)F(m_1+1,n_1+1)+(m_1+1-m)\text{F}(m_1,n_1+1)$

因此，显示器上的像素点在发生平移后的被检测图上CT值为

$F(m,n)=\frac{n-n_1}{(n_1+1)-n_1}F(m,n_1+1)+\frac{n_1+1-n}{(n_1+1)-n_1}F(m,n_1)$

$=(m_1+1-m)(n_1+1-n)F(m_1,n_1)+(m-m_1)(n_1+1-n)F(m_1+1,n_1)$

      $+(m_1+1-m)(n-n_1)F(m_1,n_1+1)+(m-m_1)\left({n-n}_1\right)F(m_1+1,n_1+1)$

图3是本发明实施例二的判断图像是否发生错位的方法流程图。该实施例二主要用于判断图像是否发生旋转错位，其详细步骤为：

第一步，计算基图的形心和转动惯量轴。此处基图的定义同上，并且同样利用公式1、公式2来计算基图的形心。

计算出基图的形心后，依据下列公式计算基图的转动惯量轴：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i\sin \mathrm{\β}-Y_i\cos \mathrm{\β})}^2=0$          (公式3)

其中X_i＝x_i-形心_x，Y_i＝y_i-形心_y，β为所要计算的转动惯量轴。

第二步，计算被检测图的形心和转动惯量轴；

被检测图形心的计算公式仍然采用公式1、公式2。只是公式1、公式2中的(x_i，y_i)为被检测图上的像素点，F(x_i，y_i)为被检测图上对应像素点的CT值。公式中其他符号的含义也与上述相同。

被检测图转动惯量轴的计算公式仍然采用公式3。X_i＝x_i-形心_x，Y_i＝y_i-形心y，β为所要计算的被检测图上的转动惯量轴，所述坐标原点为所述被检测图的形心。

第三步，将被检测图的转动惯量轴与基图的转动惯量轴相比较，若两者的转动惯量轴相同，则被检测图相对于基图没有发生旋转；若两者的转动惯量轴不同，则被检测图相对于基图发生旋转。

进一步说，若被检测图的转动惯量轴小于基图的转动惯量轴，则将被检测图围绕坐标原点逆时针旋转一角度；若所被检测图的转动惯量轴大于基图的转动惯量轴，则将被检测图围绕坐标原点顺时针旋转一角度，所述角度值为被检测图的转动惯量轴与基图的转动惯量轴的差值的绝对值。

扫描图像进行旋转后，其坐标系也发生了相应的旋转，而此时显示器上的点的坐标并没有改变，因此需要计算显示器上的点在发生旋转的坐标系中的坐标。也就是说，此时认为发生旋转的被检测图上的坐标值是已知的，将该发生旋转的被检测图投影到显示器上，计算显示器上的像素点在发生旋转的被检测图上的坐标值。计算过程与上述实施例一中平移的过程类似，只是将其中的x，y坐标换成r，θ坐标，因此得到显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的CT值为

F(r，θ)＝(r₁+1-r)(θ₁+1-θ)F(r₁，θ₁)+(r-r₁)(θ₁+1-θ)F(r₁+1，θ₁)

       +(r₁+1-r)(θ-θ₁)F(r₁，θ₁+1)+(r-r₁)(θ-θ₁)F(r₁+1，θ₁+1)

其中，(r，θ)为显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的坐标值，(r₁，θ₁)、(r₁+1，θ₁)、(r₁，θ₁+1)、(r₁+1，θ₁+1)为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的坐标值，F(r₁，θ₁)、F(r₁+1，θ₁)、F(r₁，θ₁+1)、F(r₁+1，θ₁+1)分别为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的CT值。

上述实施例一和实施例二分别给出了被检测图发生平移和被检测图发生旋转的情况。本领域的技术人员从经验可知，在被检测图既发生平移、又发生旋转的情况下，可以将上述实施例一和实施例二进行结合，得出发生平移和旋转以后显示器上的像素点在发生平移和旋转的被检测图上的CT值。

从上述实施例可以看出，根据本发明的上述算法，可以方便、快速的判断出扫描图像是否发生错位，从而进一步有效地消除CT序列扫描中造成的图像错位。在图像进行三维重建前，对不同扫描断层的图像进行配准，消除层与层之间的旋转和偏转，以实现数据空间的位置的对准和坐标归一。

Claims (10)

1.一种判断图像发生错位的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

(1)计算基图的形心；

(2)计算被检测图的形心；

(3)将所述被检测图的形心与所述基图的形心相比较，若两者的形心相同，则所述被检测图相对于所述基图没有发生平移；若两者的形心不同，则所述被检测图相对于所述基图发生平移。

2.根据权利要求1所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，所述形心的计算公式为

其中，所述x_i为第i个像素点的横坐标，所述y_i为为第i个像素点的纵坐标，F(x_i，y_i)为第i个像素点的CT值。

3.根据权利要求2所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，若所述被检测图的形心的横坐标小于所述基图的形心的横坐标，则将所述被检测图向右平移一距离；若所述被检测图的形心的横坐标大于所述基图的形心的横坐标，则将所述被检测图向左平移一距离，所述距离为所述被检测图的形心的横坐标与所述基图的形心的横坐标的差值的绝对值。

4.根据权利要求2所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，若所述被检测图的形心的纵坐标小于所述基图的形心的纵坐标，则将所述被检测图向上平移一距离；若所述被检测图的形心的纵坐标大于所述基图的形心的纵坐标，则将所述被检测图向下平移一距离，所述距离为所述被检测图的形心的纵坐标与所述基图的形心的纵坐标的差值的绝对值。

5.根据权利要求3或4所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，显示器上的像素点在所述发生平移的被检测图上的CT值为

F(m，n)＝(m₁+1-m)(n₁+1-n)F(m₁，n₁)+(m-m₁)(n₁+1-n)F(m₁+1，n₁)

       +(m₁+1-m)(n-n₁)F(m₁，n₁+1)+(m-m₁)(n-n₁)F(m₁+1，n₁+1)

其中，(m，n)为显示器上的像素点在所述发生平移的被检测图上的坐标值，(m₁，n₁)、(m₁+1，n₁)、(m₁，n₁+1)、(m₁+1，n₁+1)为与所述(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的坐标值，F(m₁，n₁)、F(m₁+1，n₁)、F(m₁，n₁+1)、F(m₁+1，n₁+1)分别为与所述(m，n)相邻的发生平移的被检测图上像素点的CT值。

6.一种判断图像发生错位的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：

(1)计算基图的形心和转动惯量轴；

(2)计算被检测图的形心和转动惯量轴；

(3)将所述被检测图的转动惯量轴与所述基图的转动惯量轴相比较，若两者的转动惯量轴相同，则所述被检测图相对于所述基图没有发生旋转；若两者的转动惯量轴不同，则所述被检测图相对于所述基图发生旋转。

7.根据权利要求6所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，所述形心的计算公式为

其中，所述x_i为第i个像素点的横坐标，所述y_i为为第i个像素点的纵坐标，F(x_i，y_i)为第i个像素点的CT值。

8.根据权利要求7所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，所述转动惯量轴的计算公式为 $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i\sin \mathrm{\β}-Y_i\cos \mathrm{\β})}^2=0,$ 其中X_i＝x_i-形心_x，Y_i＝y_i-形心_y，β为所要计算的转动惯量轴。

9.根据权利要求6或7所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，若所述被检测图的转动惯量轴小于所述基图的转动惯量轴，则将所述被检测图围绕坐标原点逆时针旋转一角度；若所述被检测图的转动惯量轴大于所述基图的转动惯量轴，则将所述被检测图围绕坐标原点顺时针旋转一角度，所述角度值为所述被检测图的转动惯量轴与所述基图的转动惯量轴的差值的绝对值。

10.根据权利要求9所述的判断图像发生错位的方法，其特征在于，显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的CT值为

F(r，θ)＝(r₁+1-r)(θ₁+1-θ)F(r₁，θ₁)+(r-r₁)(θ₁+1-θ)F(r₁+1，θ₁)

        +(r₁+1-r)(θ-θ₁)F(r₁，θ₁+1)+(r-r₁)(θ-θ₁)F(r₁+1，θ₁+1)

其中，(r，θ)为显示器上的像素点在所述发生旋转的被检测图上的坐标值，(r₁，θ₁)、(r₁+1，θ₁)、(r₁，θ₁+1)、(r₁+1，θ₁+1)为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的坐标值，F(r₁，θ₁)、F(r₁+1，θ₁)、F(r₁，θ₁+1)、F(r₁+1，θ₁+1)分别为与所述(r，θ)相邻的发生旋转的被检测图上像素点的CT值。

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