CN102473296B - 数字图像减影 - Google Patents
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Abstract
一种用于生成至少两个输入图像的数字减影图像的系统。所述系统包括配准子系统(1)，其用于基于配准参数(6)的不同值来生成所述输入图像(7，8)的多个不同配准。所述系统还包括减影子系统(2)，其用于通过根据相应的所述多个配准使所述输入图像相减而生成多个减影图像。所述系统还包括组合子系统(3)，其用于将所述多个减影图像组合成组合减影图像(9)。所述配准参数(6)表示在所述输入图像(7，8)中能看到的对象的假定深度。所述组合子系统(3)布置为用于基于在所述多个减影图像中的对应像素位置或者其周围的像素值来给所述组合减影图像的像素位置分配组合像素值。
Description
技术领域
本发明涉及数字图像减影。
背景技术
减影图像是将后续图像之间的时间间隔变化可视化的很好的手段。该技术已经应用于，例如胸部X射线图像。一些研究指出通过使用减影图像所报告的精度和速度得到增加。例如，在当前图像的减影之前使用非刚性2D图像配准方法以便对准相应的解剖部位。理论上，减影图像除了已经发生时间间隔变化的位置之外应该变为中间灰度。在减影图像中图像伪影的最普遍原因是在两个采集之间患者姿势的不同。具体而言，患者在图像采集之间可被旋转。为此，已经提出了一种技术来补偿已知的患者旋转。
A.Shimizu等的论文“AnovelregistrationmethodforintervalchangedetectionbetweentwochestX-rayimageswithdifferentrotationangles”，Acad.Radiol.2006；13：503-511(在下文中：Shimizu)公开了一种配准技术，其中假定由X射线图像记录的所有X射线吸收发生在与患者相交的冠状面中。这一冠状面的位置被称为感兴趣阴影的深度。有了这一限制，所构建的合成X光照相术图像补偿了患者姿势的不同，并且因而消除了当从不同角度对解剖结构成像时可能在减影图像中出现的伪影。根据Shimizu等，当通过另一临床检查，例如断层摄影成像，得知感兴趣阴影的深度时，通过基于已知的患者旋转和已知的感兴趣阴影深度来配准两个图像，从而计算出减影图像，并且在减影图像上检查阴影的时间间隔变化。如果深度未知或者在不同深度处检测时间间隔变化，那么该深度连续改变并且构建出一系列的减影图像并解释该减影图像。因而，临床使用者观察具有变化的深度参数的减影图像序列。
发明内容
有利的是具有用于生成至少两个输入图像的数字减影图像的改进系统。为了更好的解决这一问题，在本发明的第一方面中提出了一种系统，包括
-配准子系统，其用于基于配准参数的不同值来生成所述输入图像的多个不同配准；
-减影子系统，其用于通过根据相应的所述多个配准使所述输入图像相减而生成多个减影图像；
-组合子系统，其用于将所述多个减影图像组合成组合减影图像。
由于将多个减影图像组合成单一的组合减影图像，因此终端用户只需要观察该组合减影图像而不是一系列的图像。因此，可以更有效地执行减影图像的回顾。可生成伪影的可见性已被减小的单一组合图像。
配准参数可表示在输入图像中能看到的对象的假定深度。存在可以独立于对象的深度来将图像对准的配准方法，从而对象在减影图像中基本上是不可见的；然而，对象的深度可能是未知的。因此，可针对多个可能的深度来执行配准和减影。然后组合子系统将多个减影图像组合，从而对象在组合图像中的可见性被减小到可接受的水平。
配准子系统可布置为用于基于由输入图像表示的对象的固定旋转来配准输入图像。由输入图像表示的对象的旋转量，例如度数和旋转轴的方向，可能是提前已知的。例如，患者在两个图像采集之间可能已经旋转了给定的度数。然而，由于在患者身体内部的不同器官或者对象的深度是不同的，因此旋转对在X射线图像中记录的投影器官或者对象的移动的影响是不同的。通过改变深度参数，可生成经配准和减影的一组图像，在每个图像中使用的配准变换取决于深度参数。这样，多个减影图像之一将基于对象的“正确”深度，并且在那一减影图像中将看不到属于那一对象的减影伪影。
组合子系统可布置为用于基于在多个减影图像中的对应像素位置或者其周围的像素值来给组合减影图像的像素位置分配组合像素值。这样，组合减影图像的像素值可提供具有最小伪影的最佳减影图像信息，这可以通过将多个图像中的对应像素值相组合来实现。
组合子系统可包括选择器，其用于针对组合减影图像的像素位置，基于在多个减影图像之一中的对应像素位置处的局部图像特性来选择在该像素位置处的像素值。这样，可从其中可见伪影最少的那一特定减影图像中选定像素值。针对组合减影图像的不同像素位置的不同像素值可从多个减影图像的不同减影图像中获得。
选择器可布置为用于基于与像素位置邻近区域相关的特征信息来选择像素值。这种特征信息可以提供关于在多个减影图像中的任何特定一个中是否出现了伪影的信息。这有助于从没有伪影的图像中选择像素值。
组合子系统可包括平均子系统，其用于针对像素位置计算多个减影图像的平均像素值，并且将该平均像素值分配给组合减影图像的像素位置。平均可理解为任何平均值、中值、或者类似的汇总统计。这样，可将伪影平均。
可将该系统并入医学工作站或者并入例如X射线设备的图像采集设备中。
提供一种生成至少两个输入图像的数字减影图像的方法，所述方法包括
-基于配准参数的不同值来生成所述输入图像的多个不同配准；
-通过根据不同的所述多个配准使所述输入图像相减从而生成多个减影图像；以及
-将所述多个减影图像组合成组合减影图像。
一种计算机程序产品，其可包括用于令处理器系统执行所述方法或者所述系统的功能的指令。
本领域技术人员将意识到可以任何被认为有用的方式来组合以上提及的本发明的实施例、实现方式、和/或方面中的两个或者更多个。
本领域技术人员基于本说明可以实现与所描述的系统的修改和变型相应的图像采集设备、工作站、系统、和/或计算机程序产品的修改和变型。本领域技术人员将意识到该方法可应用于使用例如X射线或者超声(US)来采集的不同类型的图像数据。
附图说明
将参考图来进一步说明和描述本发明的这些和其他方面，其中
图1示出了用于生成至少两个输入图像的数字减影图像的系统的方框图；以及
图2示出的流程图图示了生成至少两个输入图像的数字减影图像的方法的步骤。
具体实施方式
图1示出了用于生成至少两个输入图像的数字减影图像的系统的方框图。该系统例如可在计算机工作站，如医学成像工作站中实现。可选地，可使用专门的硬件，例如电子线路来实现该系统。该系统也可被包含于医学图像采集设备中。在这种情况下，医学图像采集设备可从由该医学图像采集设备本身采集的输入图像中，和/或从来自不同来源的输入图像中生成减影图像。该系统可具有用于与其他实体交换数据的通信端口。例如，通信端口包括用于将该系统与图像库，例如PACS系统，相连接的网络连接，以接收输入图像和/或存储组合减影图像。该系统可还包括用于向用户示出输入图像和/或组合减影图像的显示器。此外，可提供用户接口以使得用户能够控制系统的操作。可借助于，例如软件代码或者硬件元件来实现该系统的几个子系统。子系统可以包括执行特定功能的任意装置。作为例子，图中示出了两个输入图像7和8。然而，可提供更多的输入图像。这些图像可被以下描述的子系统彼此配准并且一个接一个地减影。
该系统可包括配准子系统1，其用于基于配准参数6的不同值来生成输入图像7、8的多个不同的配准。该系统可还包括减影子系统2，其用于生成多个减影图像。减影子系统2可通过根据相应的多个配准使输入图像相减而生成多个减影图像。该系统可还包括组合子系统3，其用于将多个减影图像组合成组合减影图像9。
配准参数6表示在输入图像7、8中能看到的对象的假定深度。二维图像原则上给出对象的与图像平面相平行的两个坐标。深度涉及该对象的第三个坐标，该坐标差不多垂直于该图像平面。
减影子系统2可布置为用于基于由输入图像表示的对象的固定旋转来配准输入图像7、8。例如，给出除了旋转原点之外的旋转参数。基于配准参数6来确定旋转原点，该配准参数6可是深度。从而，通过配准子系统来生成多个配准；这些配准可基于相同的旋转值但是不同的旋转原点(相对于被成像对象)。可选地，配准可基于不同的旋转角度和/或不同的旋转方向。在这种情况下，旋转角度和/或旋转方向是配准参数6的一部分。可选地，配准参数可指示图像相对于彼此的刚性平移移动。
组合子系统3可布置为基于在多个减影图像中的对应像素位置或者其周围的像素值来给组合减影图像的像素位置分配组合像素值。组合减影图像所具有的像素可基于多个减影图像的像素。可给组合减影图像的像素位置分配基于在多个减影图像中的那一像素位置的像素值。可选地，可给组合减影图像的像素位置分配基于在多个减影图像中的那一像素位置周围的像素位置的像素值。这允许考虑到，例如在多个减影图像之一中的，在像素位置的邻近区域中的任何伪影的存在。如果在图像中检测到这种伪影，那么将不允许这一图像过分地影响组合减影图像中的那一像素位置。
组合子系统3可包括选择器4，其用于针对组合减影图像的像素位置，基于在多个减影图像之一中的对应像素位置处的局部图像特性来选择在该像素位置处的像素值。例如，在多个减影图像中选定在该像素位置处没有伪影的一个。例如可通过检测像素位置邻近区域中的边缘来检测出这种伪影。边缘越少，在图像中具有伪影的可能性就越低。可选地，可计算出部分图像的熵。低熵指示较少的伪影。例如，选择器4可布置为用于基于与像素位置邻近区域相关的特征信息来选择像素值。
组合子系统3可包括平均子系统5，其用于针对像素位置计算多个减影图像的平均像素值，并且将该平均像素值分配给组合减影图像的像素位置。这样，在减影图像的像素计算中考虑到了所有的减影图像。可基于以上涉及选择器4所描述的局部特征信息来加权该平均。
图2图示了生成至少两个输入图像的数字减影图像的方法，包括步骤201：基于配准参数的不同值来生成输入图像的多个不同配准。该方法还包括步骤202：通过根据不同的多个配准使输入图像相减而生成多个减影图像。该方法还包括步骤203：将多个减影图像组合成组合减影图像。可借助于计算机程序产品来实现该方法或者其变型，该计算机程序产品包括用于令处理器系统执行该方法步骤的指令。
该系统可布置为根据多个减影图像(称为S(x，y，d))来找出图像(称为I’(x，y))。在本文中，x和y是图像坐标，d表示配准参数6，I’(x，y)表示组合减影图像在坐标(x，y)处的图像强度，并且S(x，y，d)表示基于配准参数d在坐标(x，y)处的减影图像的图像强度。可根据函数f来计算出I’，如表达式I’(x1，y1)＝f(S(x1，y1，d))，从而在多个减影图像的每一个中只考虑对应像素的强度。例子是：平均图像I’a(x1，y1)＝∑d(S(x1，y1，d))，或者最小投影图像I’m(x1，y1)＝argmind(||S(x1，y1，d)||)。可选地，可使用更普遍的形式I’(x1，y1)＝f(S(x，y，d))来计算出I’，并且考虑到所有的减影图像或者减影图像的围绕给定像素{x1，y1}的区域。例如，一例子是考虑到图案的强度，其是基于围绕一点的边缘的量。同样，可包含调整项。例如，可对函数d0(x，y)施以平滑约束，其中d0(x，y)表示其像素值被分配给I’(x，y)的图像的配准参数，换言之，I’(x，y)＝S(x，y，d0(x，y))。
将意识到的是本发明也扩展至适于实施本发明的计算机程序，尤其是在载体上或内的计算机程序。该程序可为源代码、目标代码、中间代码源和如部分编译形式的目标代码的形式，或者适于在实现根据本发明方法中使用的任何其他形式。也将意识到的是这种程序可具有很多不同的架构设计。例如，实现根据本发明的方法或者系统的功能的程序代码可被细分为一个或者多个子例程。在这些子例程之间分配功能的很多不同方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。子例程可一起存储于一个可执行文件中以形成独立程序。这种可执行文件可包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或翻译指令(例如，Java翻译指令)。可选地，一个或多个子例程或者所有的子例程可存储在至少一个外部库文件中并与主程序静态或者动态的链接，例如在运行时。主程序包含至少一个子例程的至少一个调用。同样，子例程可包括彼此的函数调用。与计算机程序产品相关的实施例包括与所述方法中的至少一个的每个处理步骤相应的计算机可执行指令。这些指令存可被细分为子例程和/或存储于可静态或者动态链接的一个或多个文件中。与计算机程序产品相关的另一实施例包括与所述系统和/或产品中的至少一个的每个装置相应的计算机可执行指令。这些指令存可被细分为子例程和/或存储于可静态或者动态链接的一个或多个文件中。
计算机程序的载体可是能够装载程序的任何实体或者设备。例如，该载体可包括存储介质，例如ROM(如CDROM或者半导体ROM)，或者磁性记录介质，例如软盘或者硬盘。此外，载体可是可传送载体，例如可经由电缆或者光缆或者通过无线电或其他装置传送的电或者光信号。当程序被包含于这种信号中时，载体可由这种线缆或者其他设备或装置构成。可选地，载体可是其中含有程序的集成电路，该集成电路适于执行相关方法，或者用于在相关方法的执行中使用。
应该注意的是以上提及的实施例图示而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计出很多可选实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于圆括号中的附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除除了在权利要求中指定的那些之外的元件或者步骤的存在。在元件前的冠词“一”或者“一个”不排除多个这种元件的存在。本发明可借助于包括几个截然不同元件的硬件来实现，以及借助于适当的编程计算机来实现。在列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可包含于一件或同一件硬件中。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实不表示这些措施的组合不能被加以利用。
Claims (8)
1.一种用于生成至少两个输入图像的数字减影图像的系统，包括
-配准子系统(1)，其用于基于配准参数(6)的不同值来生成所述输入图像(7，8)的多个不同配准，所述配准参数(6)表示在所述输入图像(7，8)中能看到的对象的假定深度；
-减影子系统(2)，其用于通过根据相应的所述多个配准使所述输入图像相减而生成多个减影图像；
-组合子系统(3)，其用于将所述多个减影图像组合成单一的组合减影图像(9)，
其中，所述组合子系统(3)包括选择器(4)，其用于针对所述组合减影图像的像素位置，基于在所述多个减影图像之一中的对应像素位置处的局部图像特性来选择在所述对应像素位置处的像素值。
2.如权利要求1所述的系统，所述配准子系统(1)布置为用于基于由所述输入图像表示的对象的固定旋转来配准所述输入图像(7，8)。
3.如权利要求1所述的系统，所述组合子系统(3)布置为用于基于在所述多个减影图像中的对应像素位置或者其周围的像素值来给所述组合减影图像的像素位置分配组合像素值。
4.如权利要求1所述的系统，所述选择器(4)布置为用于基于与所述像素位置的邻近区域相关的特征信息来选择所述像素值。
5.一种包括如权利要求1所述的系统的医学工作站。
6.一种包括如权利要求1所述的系统的医学图像采集设备。
7.一种生成至少两个输入图像的数字减影图像的方法，包括
-基于配准参数的不同值来生成(201)所述输入图像的多个不同配准，所述配准参数表示在所述输入图像中能看到的对象的假定深度；
-通过根据不同的所述多个配准使所述输入图像相减而生成(202)多个减影图像；以及
-将所述多个减影图像组合(203)成单一的组合减影图像，其中，针对所述组合减影图像的像素位置，基于在所述多个减影图像之一中的对应像素位置处的局部图像特性来选择在所述对应像素位置处的像素值。
8.一种生成至少两个输入图像的数字减影图像的装置，包括
用于基于配准参数的不同值来生成(201)所述输入图像的多个不同配准的模块，所述配准参数表示在所述输入图像中能看到的对象的假定深度；
用于通过根据不同的所述多个配准使所述输入图像相减而生成(202)多个减影图像的模块，以及
用于将所述多个减影图像组合(203)成单一的组合减影图像的模块，其中，针对所述组合减影图像的像素位置，基于在所述多个减影图像之一中的对应像素位置处的局部图像特性来选择在所述对应像素位置处的像素值。
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