CN104427939B - 用于多通道x射线成像的图像流的时间对准和信噪比增强 - Google Patents
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Abstract
一种装置(IP)和方法,所述装置(IP)和方法用于在多通道(CR、CL)成像系统(100)中生成针对图像流(LS、RS)的时间对准的图像帧。所述装置(IP)允许减少或移除当将所述帧处理成组合的图像材料时发生的时间距离伪影。所述装置也能够用于改善所述帧的信噪比。所述多通道成像系统(100)可以是立体视觉成像器。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理装置、图像处理方法、图像处理系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
背景技术
多通道成像系统是已知的,在所述多通道成像系统中,采集图像流(“帧”)(每个通道一个)并且将所述图像流处理成经处理的图像,然后将所述经处理的图像显示在屏幕上。这样的多通道成像系统的范例是立体视觉系统,其中产生在两个通道中的帧流,并且然后将所述帧流组合成3D(三维)图像,以向例如介入放射科医生提供感兴趣区域的3D表示。然而,已经观察到所述经处理的图像经常遭受图像伪影。
US7668361中描述了伪影校正方法。
发明内容
因此,可以具有对备选装置以改善多通道成像系统的操作的需要。本发明的目的通过独立权利要求的主题得以解决,其中,其他实施例被并入从属权利要求。应当注意,以下描述的本发明的方面同样地应用于图像处理方法、图像处理系统、计算机程序单元以及计算机可读介质。
根据本发明的第一方面,提供了一种图像处理装置,包括:
输入接口,其用于i)通过第一通道,接收在相对于感兴趣对象的第一投影方向上采集的第一帧和第二帧两者,并且所述第一帧在所述第二帧之前被采集,并且ii)通过第二通道,接收在相对于所述对象的第二投影方向上采集的第三帧;
估计器,其被配置为根据所述第一帧和稍后采集的所述第二帧计算估计的过渡帧;
对准器,其被配置为将所估计的过渡帧与所述第二通道的所述第三帧进行时间对准;
输出接口,其被配置为输出所述估计的帧和所述第三帧作为经时间对准的帧的对。
根据一个实施例,在第一帧之后并且第二帧之前采集第三帧。在该实施例中,估计器作为内插器进行操作。通过使用第三帧的采集时间来从第一帧和第二帧内插估计的帧。内插的帧形成第一帧的采集时间与第二帧的采集时间之间的“过渡”帧,以“填充”在第一流中的由第三帧的采集时间定义的时刻。换言之,针对不采集第一通道帧的时刻来插入帧。通过包括在各自的通道或流中的估计/内插的帧,帧配对实现了在第一通道中的帧采集速率的“虚拟”增长。
根据一个实施例,一旦接收到在第二帧之后采集的新的第二通道帧,估计器被配置为根据先前的第三帧和新的第二通道帧计算新的估计的图像。对准器被配置为将新的估计的过渡图像或内插的过渡图像与第二帧进行对准。输出单元将新的估计的图像和第二帧输出作为新的经对准的帧的对,所述装置从而产生针对该两个通道的多个经时间对准的对。换言之,然后将针对任一通道计算的估计的帧与来自另一通道的各自的帧进行配对,以如此在时间上对准流。
根据一个实施例,所述装置还包括运动检测器或估计器,所述运动检测器或所述估计器被配置为基于在第一帧和第二帧中的图像信息或在第三帧和新的第二通道帧中的图像信息来检测在第一帧和第二帧的采集期间或在第三帧和新的第二通道帧的采集期间的对象的移动,如果有检测到的运动,则内插器使用检测到的运动来计算所述内插。
根据一个实施例,所述装置进行操作以根据相同通道中的两个帧来进行估计或在时间上(时间)内插。时间内插使用运动估计和在一个实施例中的软阈值的组合,以实现针对从两个采集的帧的内插的帧的准确估计。由于实际帧和估计的帧在时间上的对准(时间对准),因此能够有效地抵消在两个(或更多个)通道之间的时间距离,从而消除或至少减少由时间距离引起的伪影。过去曾努力减小时间距离。然而,利用本文所提出的装置,即使长达66ms的大的时间距离也能够由所述装置来校正或补偿。所述装置也允许使用相同的帧速率和时间安排,以例如普通(单视觉)成像的速度的一半来进行立体视觉成像以采集帧。换言之,能够利用3D成像的益处并且X射线剂量仍然能够保持与单视觉成像一样低。通过将估计的帧或内插的帧与来自另一通道的各自的帧进行配对,在帧对中的每个帧被视为它们好像是(由后处理器,例如,3D图像组合器或任何其他的后处理器)同时采集的。配对可以通过对与其他实际采集的帧的采集时间成对的每个估计的帧编索引来实现。
根据一个实施例,估计器被配置为将估计的帧或内插的帧朝向第三帧改变。所述装置包括图像合并器,所述图像合并器被配置为将如此改变的估计的帧与第三帧进行合并,以便改善在第三图像中的信噪比,或者被配置为将新的内插的帧与第二帧进行合并,以便分别改善在第三图像或第二帧中的信噪比。例如,在立体视觉成像中,在左通道中采集的帧能够用于改善右通道中的信噪比,并且反之亦然。换言之,能够减少用于一个或多个通道的剂量要求。根据一个实施例,运动估计和软阈值技术能够用于合并操作。改变操作类似于前面提到的基于运动的内插,但是还包括运动补偿,以补偿由在两个不同的投影方向上对对象进行成像而引起的对象的明显运动。
根据一个实施例,交替地采集两个通道中的图像帧。
根据一个实施例,第二通道中的帧速率小于第一通道中的帧速率。更具体地并且根据一个实施例,通过以下中的任一个来触发第二通道中的刷新,以采集新的第二通道帧:i)基于第三帧和先前的第二通道帧检测运动的所述运动检测器,所述运动超过预设的用户可调节的阈值;ii)从对象接收的ECG信号。
这允许进一步减少X射线剂量,这是因为通道中的一个的刷新由能够导致显著的患者或对象移动的医学事件或其他事件来触发。没有任何这样的运动时,通道中的一个不刷新,这是因为没有得到新的信息。然而,通过具有更高的帧速率或刷新速率的另一通道跟随或在其中跟踪次要移动。在该实施例中,由于在第二通道中的较低的刷新速率,因此在两个连续的第一通道图像帧的采集时间之间可以不采集第二通道帧。在该情况下,估计器作为外推器进行操作并且使用运动检测器和所接收的第一通道帧的各自的采集时间来进行外推,以从在缓慢步速的第二通道中的先前帧中获得估计的第二通道帧。
根据一个实施例,在两个通道中的各自的帧速率是独立地用户可调节的,以更好地允许对对象的动态的时间标尺进行调节。
根据一个实施例,所述装置还包括3D图像处理器或组合器,所述3D图像处理器或所述组合器被配置为将一个或多个输出帧对处理成3D图像,以用于显示在有3D功能的屏幕上。所述装置然后可以用于立体视觉成像。然而,可以可替代地或额外地使用其他后处理器模块,而不是将在每个对中的帧组合成3D图像。根据一个实施例,使用用于双能量成像的处理器,其中对帧对进行组合以获得允许改善的对硬组织-软组织区分的图像。
根据一个实施例,第一通道和第二通道是以下任一个中的两个各自的通道:i)立体视觉成像系统,ii)双平面成像系统,iii)双能量成像系统。根据一个实施例,立体视觉成像系统或双能量成像系统可以是双平面的,因此具有两个X射线管(每个投影方向一个)和两个检测器(每个X射线管一个)。在备选实施例中,可替代地使用单个检测器。
也具有改善在多通道成像系统中的信噪比的需要。根据本发明的第二方面,提供了一种图像处理装置,包括:
输入接口,其用于i)通过第一通道,接收在相对于感兴趣对象的第一投影方向上采集的第一帧,并且ii)通过第二通道,接收在相对于所述对象的第二投影方向上采集的第二帧;
估计器,其被配置为朝向所述第二帧改变所述第一帧,以如此获得经改变的帧;
图像合并器,其被配置为将所述如此改变的帧与所述第二帧进行合并,以便改善在所述第二帧中的信噪比。
这允许使用较小的X射线剂量,这是因为信噪比能够通过与来自另一通道的图像而不是仅与来自相同通道的图像进行合并来改善。根据一个实施例,第一图像额外地与来自相同的第一通道的一个或多个帧进行合并。根据本发明第二方面的成像装置被配置为在两个通道上进行改变,因此在两个不同的投影角度上进行有效地改变,而不是在根据本发明的第一方面的图像处理装置中完成的在每个通道中单独地进行在“时间”上的估计。换言之,根据第二方面,如第一方面中的用于实现配对的估计可以不是必须的。任何第一通道图像(出于合并的目的)能够被改变到第二通道图像,所述第二通道图像的信噪比要被改善。根据一个实施例,可以通过选择直接接着第二通道帧或在所述第二通道帧的之前采集的第一通道图像来改善结果。
根据备选实施例,通过第二通道中的估计来补充跨通道改变,因此估计器“逐分量”进行操作以首先在第一通道中在时间上“向下”地外推或内插到嘈杂的第二通道帧的采集时间,以与以上本发明的第一方面如何完成的类似的方式获得估计的第一通道帧。估计器然后将所述估计的第一通道帧改变到第二通道帧。
两个方面通过实施“经通道”方法:来自一个通道的信息用于改善或补充另一通道中的图像信息,有助于减少在多通道成像会话期间患者的剂量。
定义
“连续的(第一通道或第二通道)帧”在本文中意指,在相同的通道中,稍后的帧直接接着早前的帧,因此在两个帧之间不具有来自相同通道的其他帧,但是通常(在两个通道中的帧速率大致相等的情况下)具有在另一通道中的在两个连续的(第一通道或第二通道)帧之间采集的帧。
两个帧流或通道之间的“时间距离”是在不同的通道中的两个连续的帧采集之间消逝的时间。
附图说明
现在将参考以下附图来描述本发明的示例性实施例,其中:
图1是X射线成像处理系统;
图2是图像处理方法的流程图。
具体实施方式
参考图1,示出了多通道X射线图像处理系统(“成像器”)100。
在一个实施例中,多通道成像器100是具有两个通道(右通道CR和左通道CL)的立体视觉成像器。成像器100的全部操作由计算机控制台CC控制。
X辐射包括分别从右X射线源XR和左X射线源XL发射的X射线束pR、pL。在任一时间,仅X射线源XR、XL中的一个发射它们各自的X射线pR或pL。然后在X射线pR或pL各自与对象OB的相互作用之后,由单个检测器D来检测它们。备选地,在使用双平面布置的情况下,可以具有两个检测器,每个X射线源或管XL、XR一个。两个X射线管XL、XR以及一个或多个的检测器被布置在框架(例如,C臂)或机架(未示出)上。根据一个实施例,假设框架并且因此的X射线管XR、XL以及一个或多个检测器D的位置在两个流的图像采集期间是固定的。对象OB被定位在检查台(未示出)上并且在两个X射线管XR、XL中的任一个与检测器D之间。对象OB可以是被相对于两个X射线管XR、XL定位的患者,使得各自的X射线pR、pL碰撞在要被放射科医生检查的感兴趣区域处的对象OB上并且与其相互作用。当与对象OB中的物质相互作用时,X射线束pR和pL被衰减。所述衰减的水平取决于各自的X射线pR、pL行进通过对象OB时所述各自的X射线pR、pL中的组织内路径中的对象材料的密度。检测器D包括检测器单位的网格(未示出),每个检测器单位将碰撞被衰减的X射线pL或pR的各自的部分转化成电信号。然后通过数据采集系统(DAS,未示出)将所述电信号转换成各自的数字值,所述数字值被联合成2维阵列,所述2维阵列形成针对给定的采集时间由X射线束pR或pL的任一个的任何一次曝光的投影图像。每个投影图像因此与左X射线管XL或右XR管的任一个以及所述投影图像的采集时间进行关联。数字值表示由X射线pR、pL中的一个的各自的部分所经历的衰减水平。图像因此记录了对象的具有不同密度的解剖结构的投影视图或“足迹”。
针对源自左X射线管XL的X射线束pL采集左流LF或投影图像的序列(“帧”)LF0、LF2、LF4。然后将左通道流LF沿着左通道CL推进到成像处理器IP,所述成像处理器IP的目的和操作将在下文中更加详细地说明。以类似的方式,针对源自右X射线源XR的X射线束pR采集右通道流RF。同样地,经由右通道CR将右流RF推进到所述图像处理器LP。然后由所述图像处理器IP处的合适的输入单元102接收两个帧流RF、LF。然后由输出单元108将从所述处理得到的图像信息推进到3D图像组合器3DC,所述3D图像组合器3DC将所接收的图像信息转化成3D图像信息3DI,所述3D图像信息3DI然后能够被绘制以用于在监视器M上查看。用户(例如,放射科医生)然后能够查看对象OB的感兴趣区域的3D表示。根据一个实施例,在框架或机架在从不同的流LF、RF的采集之间保持固定时采集左流LF和右流RF。如图1中示意性地指示的,两个X射线源XR、XL关于彼此轻微地偏移,使得各自的X射线束pR、pL在不同的投影方向上入射在对象OB上。理想地,两个X射线束在所述对象OB处于相同的空间构型时辐照对象OB。然而,实际上,由于对于检测器的电子器件记录每个曝光所要求的积分时间,因此两个X射线管不能够同时辐照检测器。但是即使使用双平面布置,仍然不能同时采集左通道和右通道,这是因为否则一个通道的康普顿散射将使另一通道上的图像变形,从而降低信噪比。
因此,在任何的两个左流帧与右流帧之间具有时间偏移或“距离”。在所述时间偏移tΔ期间,被成像的对象OB的空间构型可以变化很大,因此任何两个连续的左图像和右图像通常记录的不是相同的构型或“场景”。所述空间构型的变化可以由关于或由心脏和或呼吸活动的患者移动引起。然而,3D图像组合器3DC的操作基于这样的原理:即,通过任何两个连续的左图像和右图像所记录的OB的(内部)空间构型确实是相同的。在两个连续的左通道帧LFi与右通道帧RF2i+1之间的构型的空间变化引起由3D图像组合器3DC输出的经组合3D图像3DI的图像伪影。
由于不能够同时采集两个左通道帧LF2i和右通道帧RF2i+1,因此两个图像流RF和LF在时间上是不对准的(“时间不对准”)。换言之,当在一个流LF、RF中没有采集其他帧时,具有已经被采集的在另一流RF、LF中的至少一个帧。图1中示出了时间不对准的范例,其中两个帧(每个来自不同的流)不具有相同的采集时间。该时间不对准的情况是针对一个实施例的如图1中示例性地示出的交替演替地采集流中的帧的图像采集协议的结果。该时间不对准在图1中通过以交错的方式示出的两个流RF和LF而被图形化地指示。相继地但是在两个通道CL、CR之间交替地采集两个流RF和LF。
一般来说,本文所提出的图像处理器IP有助于基本上抵消或消除两个流LS、RS之间的时间不对准或时间距离。从而可以减少所重建的3D图像3DI中的图像伪影。
操作
图像处理器IP经由左通道CL和右通道CR以通信方式耦合到成像器100,以在合适的输入单元102处分别接收左流LF和右流RF。假设每个帧RF2i+1、LF2i被这样索引:i)如图1中被示意性地示出为t0-t4的所述每个帧的个体采集时间;并且ii)所述每个帧是左通道帧还是右通道帧。该信息可以从被并入帧RF2i+1、LF2i中的每个的元数据导出,或者可以由输入单元102从成像器100或从保持该元数据的数据库进行请求。
在一个实施例中,所接收的帧RF2i+1、LF2i被存储在合适的数据结构中,并且然后所述数据结构被更新为在输入单元处接收的新的帧。数据结构根据帧的采集时间来保持经编索引的帧被在序列中排序。应当理解,不是将帧本身存储在数据结构中,而是替代地存储合适的参考,所述合适的参考允许图像处理器IP从数据库(未示出)取回各自的帧。
估计器104然后在任何两个连续的左通道帧LF2i(例如,LF0和LF2)中进行读取,以从其估计左通道过渡图像LIF1。根据一个实施例,估计器104包括运动检测器110。运动检测器110使用连续的时间邻近图像LF0和LF2中的每个中的图像信息,以估计描述遍及在各自的左通道帧LF0和LF2的采集时间t0与t2之间的时期对象OB已经经受的运动的运动向量。运动检测器110可以基于具有或不具有软阈值的块匹配算法来进行操作,或者可以基于光流技术来进行操作。
在根据一个实施例的块匹配中,将连续的左帧LF0和LF2中的每个分割成n×n像素的块。然后根据块中的图像部分的像素值或形状来在两个帧之间比较或匹配两个帧的每个中的图像部分或块。假设被确定为相似的匹配图像部分为对象OB的一个和相同的解剖结构的足迹。然后沿着共同的坐标系来配准两个左帧LF0和LF2。通过针对一个帧LF0中的每个块来计算运动向量以执行运动估计,其中,通过在另一帧LF2中的对应的邻域中搜索最佳匹配以如此实现块匹配来进行所述计算运动向量。对于匹配,然后能够计算刚性线性变换或非刚性线性变换,以将一个帧LF0的一个块映射到另一帧LF2的块。结果是运动向量或位移向量的2D阵列,所述运动向量或位移向量的2D阵列然后用于估计或内插。运动向量或位移向量的2D阵列定义了描述对象OB的动态的动态变换。所述变换描述了各自的解剖结构的移位和/或扩张或收缩,并且因此描述了在各自的采集时间之间的t0至t2时期中的对象OB的空间构型变化。换言之,从而能够估计对象OB或感兴趣区域的动态。估计器104然后通过在数据结构中的查找操作来确立在左通道帧LF0和LF2的采集时间之间采集的右通道帧RF1的采集时间t1。然后将计算的变换应用于两个连续的左通道图像LF0和LF2中的早前的一个LF0,并且在所期望的过渡右通道帧时刻t1处评估所述变换,以如此计算过渡左通道帧LIF1。在一个实施例中,比较过渡时期t1-t0与t1-t2的比例,并且然后将变换成比例地应用于早前的帧LF0。例如,如果t1-t0=t1-t2,那么位移向量被缩放0.5倍以将所述位移向量的长度减半,并且然后将那些经缩放的向量应用于第一帧LF2,以获得内插的左通道帧LIF1。备选地,在各自的向量具有逆向方向的情况下,也可以将动态变换应用于稍后的帧LF2,以从而实现向后内插而不是向前内插。换言之,过渡左通道帧LIF1是针对帧的估计,这是因为其看起来像是其在实际上没有采集左通道图像时在过渡时间t1时通过使用左手X射线源XL采集的。又换言之,对于两个连续的左通道图像LF2i、LF2(i+1)(i=1,2,……),其中右通道帧RF2i+1在两个连续的左通道帧LF2i、LF2(i+1)(i=1,2,……)的各自的采集时间t2i、t2i+1之间采集的情况,估计器104作为动态内插器进行操作来计算过渡左通道帧LIF2i+1,以用于与右通道帧RF2i+1配对。运动检测器110以完全相似的方式进行操作,以计算各自的过渡右通道帧RIF2i。
在根据不同的采集协议,在一时间段上在一个“块”中采集不是一个而是多个左通道图像并且成像系统直到那时才切换到右通道并且同样地采集右通道帧的块等的情况下,也可以应用以上描述的图像处理器的操作。换言之,成像器100在图1所示的单个采集之后不可以从一个X射线管XR、XL交替到另一通道,而是在每一通道CR、CL的多个采集之后发生到另一X射线管XR、XL的切换。在该块采集实施例中,以与所描述的相同的方式来应用先前的内插,但是现在对于在例如第一通道帧的两个时间邻近块之间采集的右通道帧块中的帧的采集时间中的每个,具有多个内插。
对准器106然后将实际采集的帧RF1与所述内插的过渡帧LIF1进行对准或关联,以形成在时间上对准的帧对。然后通过过渡时间t1给所述对编索引,并且然后将所述对推进到3D图像组合器3DC。组合器3DC然后将来自经对准的对的图像信息进行组合,并且在所述图像信息被采集的同时对其进行处理,并且生成对象OB在经索引的时刻t1的视图或图像3DI。以这种方式补偿或消除了右通道帧RF1与两个左手图像LF0和LF2之间的时间距离。
针对每个连续的左通道帧LF2i、LF2(i+1)(i=1,2,……)重复以上计算,以计算各自的过渡左通道帧LIF2i+1(i=2,3,……)的序列,所述各自的过渡左通道帧LIF2i+1(i=2,3,……)然后与各自的右通道帧RF2i+1进行配对。通过内插器104和对准器106来将完全相似的操作应用于右通道图像RF2i+1,以计算内插的右通道过渡图像RIF2i的序列。然后通过对准器106将所述右通道过渡帧RIF2i中的每个与在各自的两个右通道帧RF2i+1、RF2(i+1)+1,(i=0,1,2)的采集时间之间采集的各自的左通道帧LF2i进行对准。针对早前提及的“块”采集实施例,估计器104和对准器106执行完全类似的操作。
换言之,图像处理器IP进行操作以产生帧对FPi的序列,所述帧对FPi的序列通过在每个流中使用内插或估计的帧以在各自的“时间间隙”中进行填充来有效地“交错插入”两个图像流,以如此实现两个流之间的在时间上的对准。
根据一个实施例,图像处理器IP进行“实时”操作,一旦接收到另一通道中的新的帧,计算在任一通道中的各自的内插的帧。
根据一个实施例,图像处理器IP也可以以延迟缓冲器模式进行操作,在所述延迟缓冲器模式中,首先接收在每个通道中的预设数目的帧,并且然后对经缓冲的帧的子序列执行以上计算。
根据一个实施例,内插器104和对准器106进行操作,以通过在两个流之间进行交替来计算各自的内插的帧及其对准。在备选实施例中,估计器104首先对一个通道中的帧的序列进行操作,并且然后切换位置以对右流中的帧的序列进行操作。
根据一个实施例,能够单独且独立地设置每个通道中的“刷新”速率或帧采集速率。在一个实施例中,能够通过用于控制成像器100的操作的控制台CC来提供该功能。根据一个实施例又更加具体地,一个通道中的刷新速率低于另一通道中的刷新速率。例如,服务右通道CR的右X射线管XR的刷新速率被设置为低于服务左通道CL的左X射线管XL的刷新速率。具体地并且根据一个实施例,使右通道中的刷新取决于特定事件。根据一个实施例,该事件是从对象OB经由ECG采集单元采集的ECG信号。以这种方式,右手通道CR只有在对象OB处观察到期望的心脏相位的情况下才进行刷新。以这种方式能够保持对患者的低剂量,这是因为在所期望心脏相位中的两个之间的图像的采集由于患者已经保持相对固定而不会增加任何新的信息。在该不相等的帧速率实施例中,由于与右通道的帧速率相比左通道具有更高的帧速率,因此在两个连续的左通道帧的各自的采集时间之间可以不采集右通道帧。在该情况下,估计器104作为外推器进行操作,并且使用从先前的右通道帧得到的动态信息来“预测”通过右X射线管XR在较快步速的左通道帧的各自的采集时间处被采集时最新可用的右通道帧看起来是怎么样的。在该实施例中,运动估计器104结合内插模式以如以上所描述的类似的方式进行操作。换言之,运动估计器计算描述两个或更多个先前的右通道帧之间的动态的动态变换;然后将所述变换应用于最新的右通道帧,并且然后在通过其间经由较快步速的左通道接收的左通道图像的采集时间来定义的时刻对所述变换进行评估。以这种方式产生并且输出预测的右帧。然而,只要刷新右通道并且采集新的右通道帧,那么估计器104确立在所述新接收的右通道帧之前和之后已经立即采集了哪两个左通道帧,并且估计器104然后回复到如以上所描述的内插模式,并且针对新接收的右通道帧计算过渡左通道帧。在外推或内插的任一情况下,对准器106将左通道帧与各自的预测的右通道帧进行配对,或者将新接收的右通道帧与内插的过渡左通道帧进行配对,并且输出单元108将如此计算的帧对输出给3D图像组合器3DC。
备选地并且在用户不期望或不需要图像处理器的实时操作的情况下,根据一个实施例,图像处理器IP能够以缓冲器模式进行操作。在该模式中,将较快的左通道中的帧堆积在缓冲器中。当较慢的通道终于确实刷新时并且当在输入单元IU处接收了新的右帧时,估计器104以内插模式进行操作,并且基于新接收的右通道并且基于先前的右通道图像来计算一个或多个的内插的过渡右通道帧(每个经缓冲的左帧一个),并且然后对准器如先前所描述地进行配对。然后经由输出单元OU将帧对推进到3D图像组合器3DC。根据一个实施例,即使在以实时模式进行操作时,缓冲器操作仍然可以用于实际核查先前计算的具有预测的帧的对。用户然后可以“在时间上回滚”并且将先前计算的3D图像与基于现在包括内插的帧而不是先前预测的帧的对而重新计算的图像进行比较。
根据一个实施例,图像处理器IP也包括合并器112,并且作为信噪比“助推器”进行操作,所述信噪比“助推器”被配置为改善针对在左通道CL或右通道CR中的任一个的任何给定帧的信噪比。根据一个实施例,合并器使用软阈值来改善信噪比。当整合或合并了任何两个帧时,仅在两个图像帧的像素之间的灰度级的差(“△”)在特定阈值之内的情况下整合或合并像素。所述阈值的值能够是静态值,但是也可以通过测量图像中的噪声的量来确定。假设其信噪比要被改善的帧(下文中被称为“嘈杂帧”)是左通道帧LF2i,则合并器112根据一个实施例进行操作,以将嘈杂帧的图像信息与相同通道中的一个或多个帧进行合并。额外地或替代地,所提出的图像处理器IP被配置为也将嘈杂帧与来自其他通道的其他右通道帧并且具体为与嘈杂帧已经与之配对的过渡内插的右通道帧RIF2i的图像信息进行合并。换言之,图像处理器能够扩大能够用于合并的可用的帧的集,从而允许更多的图像信息能够被使用以因此增大信噪比。合并操作保留十分类似的图像部分和信息,并且对不类似的信息进行排除和/或取平均。十分类似的左通道图像和右通道图像之间的信息内容具有更高的保真度,并且可归于有用的(“有效载荷”)信号而不是噪声。当合并时,估计器以改变模式进行操作,以将来自另一通道的要被合并的帧朝向嘈杂帧改变。
在一个实施例中,为了实现从左通道帧到右通道帧的改变,估计器以外推模式进行操作并且现在额外地操作,以补偿跨检测器平面的由X射线管XR与XL之间的偏移引起的并且对应于所述偏移的经分割的图像部分或块的“虚拟”运动。以类似的方式能够以从右通道帧到左通道帧的相反的方式来实现改变。换言之,经改变的帧是假如分别被另一X射线管XL、XR采集时,在所期望的时间采集的帧看起来是怎么样的估计。所述X射线管XR、XL的角度偏移或横向偏移是能够从帧中的元数据中导出的成像几何结构的部分,或者所述X射线管XR、XL的角度偏移或横向偏移能够从成像器100直接请求或从数据库取回。尽管图像处理器可以进行操作以将右通道帧中的任一个改变,以用于将所述右通道帧中的任一个与嘈杂的左通道帧进行合并,但是通过将已经与嘈杂的图像进行配对的内插的帧改变可以实现更高或更好的信噪比结果,这是因为所述内插的图像能够类似于嘈杂的图像,因此能够更加容易地完成噪声与真实信号之间的分离。
根据一个方面,图像处理器IP在不具有对准器106但具有合并器112的情况下仍然可以进行操作,以通过改变“遍及”来自另一通道的任何用户能特定的一个或多个帧并且将所述一个或多个帧与所述嘈杂帧进行合并来仅仅改善在通道中的一个中的任何帧的信噪比。在该实施例中,不执行对准步骤并且估计器110不计算内插的过渡帧。
在图1中,两个通道CR和CL被示出为单独馈入图像处理器IP。然而,这仅是示例性实施例。根据另一实施例,具有馈入图像处理器IP的单个通道,并且分别源自由左X射线源XL或右X射线源XR的曝光的各自的左帧和右帧通过扫描帧的元数据的合适的切换在输入单元102处被分解成两个各自的通道。
根据其他实施例,成像器100可以不包括如图1所示的两个单独的X射线管XR、XL,而是包括具有可移动的焦斑或两个不同的焦斑的单个X射线管,并且两个通道对应于当焦斑是两个位置中的各自的一个时或当两个斑中的各自的一个被使用时采取的帧。WO2010/146504描述了能够生成相对于彼此移位的两个焦斑的X射线管,每个斑生成具有不同的投影方向的X射线束。在又其他实施例中,每个通道可以对应于以不同的能量(keV)水平操作的单个或多个X射线管。
应当理解,以上关于左通道或右通道并不是特有的。仅仅是出于明确和清楚的目的才大部分参考左通道来说明图像处理器IP的各个操作模式和实施例。其在细节上作必要修改后适用于右通道及其帧,并且也应当理解,在一些实施例中,左通道具有较低的帧速率并且右通道是较快步速的通道。
根据一个实施例,图像处理器IP能够以“跳背”模式进行操作。换言之,图像处理器能够被配置为有效地跳过每一通道中的可选择的数目的不被图像处理器IP考虑和忽略的帧,而不是对任一通道中的任何两个连续的帧进行操作。例如在一个实施例中,IP图像处理器可以被配置为对任何其他或任何第j个帧(j>3)进行操作,因此有效地对各自的左帧的流或右帧的流中的真实子序列进行操作。根据一个实施例,图像处理器为了及时会话或图像采集运行的期望,允许在任一通道CR、CL或通道CR和CL两者中进行跳背模式操作。
在一些实施例中,成像器可以在多于2个通道之间进行操作(例如3个通道),因此以上不局限于立体视觉成像。在3通道实施例中,图像处理器IP可以进行操作以在三个通道之间输出在时间上对准的三个一组图像。在又其他3或更多通道实施例中,图像处理器可以进行操作以针对来自3个和更多个通道中的两个通道的任何组合或选择输出经对准的帧的对。
在一个实施例中,3D组合器3DC可以被布置为与图像处理器IP分离的模块。组合器3DC可以是现有的立体视觉成像系统的部分,在所述立体视觉成像系统中,图像处理器可以作为附加装置被包括在所述立体视觉成像系统中。在备选实施例中,组合器3DC被包括作为图像处理器IP的部分。根据一个实施例,图像处理器IP可以被布置作为专用的FPGA或作为硬连线的单机芯片,或者可以作为模块在控制台CC上运行。图像处理器IP可以在合适的科学计算平台(例如,或)上被编程,并且然后被转化成在库中保持的C++程序或C程序,并且当被中央操作控制台CC调用时被链接。
现在参考图2,示出了用于以上图像处理器IP的图像处理基础操作方法的流程图。
在步骤S205处,通过第一通道接收两个帧,一个帧在另一个之后被采集。通过X射线管-检测器布置沿着第一投影方向从对象采集两个第一通道帧。也通过第二通道接收在与第一投影方向不同的第二投影方向上从对象采集的至少一幅图像或帧。
在步骤S210处,根据两个第一通道帧计算估计的帧。根据一个实施例,在早前的第一通道帧之后并且在稍后的第一通道帧之前采集第二通道帧。在该实施例中,估计是使用第二通道帧的采集时间的内插,并且估计的帧是在时间上插入两个第一通道帧之间的过渡帧。
在步骤S215处,然后将所述估计的帧与第二通道帧进行对准。
在步骤S220处,输出作为时间对准的帧的对的估计的帧和第二通道帧。
根据一个实施例,然后能够将经对准的帧的对输入3D图像处理器,以产生对应于第二通道帧的采集时间的即时3D视图,并且然后能够绘制所述对以用于在利用专用的3D眼镜查看的有3D功能的屏幕上显示。针对每个新引入和接收的第一通道帧以及在新接收的第一通道帧之前采集的最新可用的第一通道帧重复先前的步骤S210-S220。换言之,根据一个实施例,针对任何两个连续的第一通道帧和在所述两个连续的第一通道帧之间采集的任何第二通道帧重复步骤S210-S220。如此计算的过渡帧每个分别与在各自的两个连续的第二通道帧之间采集的各自的第二通道帧进行配对。以这种方式产生经配对的第一通道帧和第二通道帧的流,所述经配对的第一通道帧和第二通道帧的流利用每个引入的帧进行连续地更新。以这种方式,通过当输入每个帧对时相继地对其进行3D处理能够实现所显示的3D图像的对应的更新。
根据一个实施例,步骤S210-S220也能够反向地应用在任何两个连续的第二通道帧上,以获得估计的(过渡)第二通道帧并且将所述第二通道过渡帧与已经在各自的第二通道帧之间采集的对应的第一通道帧进行配对。
根据一个实施例,早前的第一通道帧是在第二通道帧之前采集的所有第一通道帧中的最新的,并且稍后的第一通道帧是在第二通道帧之后采集的所有帧中的最早的。早前的第一通道帧和稍后的第一通道帧是第二通道帧的直接的时间邻近。类似地,连续的第二通道帧是各自的第一通道帧的直接的邻近。然而,根据另一实施例,所述方法也可以以跳背方式应用于不是在第二通道帧之前或之后直接采集的第一通道帧。再一次,相同的应用在细节上作出必要的修改后适用于不是第一通道帧的直接时间邻近的第二通道帧。
通过对以上方法的操作,有效地对准了各自的通道中的两种流,这是因为在一个通道的两个连续的帧之间的时间间隙被内插的帧“填充”了。
以上方法也可以应用于三(或更多)通道系统。在该实施例中,在步骤S220处输出三个一组的帧而不是帧对。根据备选实施例,针对来自三个通道中的任何两个通道来执行以上描述的操作。
根据一个实施例,估计步骤S210包括在步骤S212处的运动检测的步骤。在所述运动检测步骤S212中,检测在两个连续的帧的采集期间发生的所成像的对象的运动。然后将如此检测到的运动用于通过将相同的运动应用于早前的帧或通过将所述运动的反转应用于稍后的帧并且通过在右通道帧的采集时间处估计所述运动来计算内插的过渡帧。
根据一个实施例,第二通道的刷新速率取决于是否在两个连续的帧之间检测到运动。在检测到运动并且使用阈值确定所述运动超出所述阈值的情况下,向有效的X射线管发出刷新要求,使得采集新的第二通道图像。在该实施例中,仅是第一图像中的帧紧密地跟随对象的运动,并且所述信息仅在两个连续的第一通道帧之间观察到的运动被认为足够显著的情况下才偶尔由右通道图像来增补,以保证这样的第二刷新以及因此的剂量曝光。根据一个实施例,测量运动程度的阈值是由在运动估计步骤S212中计算的各自的位移向量或运动向量以像素测量的位移。所述向量测量对象的空间构型的变化,所述变化当沿着共同的坐标轴配准时由两个连续的帧之间的有关的图像部分的平移、旋转、收缩或扩张来表明。
根据一个实施例,第二通道的刷新可以由接收的表示例如对象的心脏相位的ECG信号来触发。在其他实施例中,可以接收指示所述对象或患者的空间构型的其他信号(例如,指示对象的呼吸周期的信号)。
当第二通道中的帧速率低于第一通道中的帧速率时,可以发生这样的情况:在两个连续的第一通道帧的采集时间之间没有采集第二通道帧。在该情况下,以上的估计步骤S210被实施为外推步骤。在一个实施例中,将运动检测应用于最新的第二通道帧和先前的第二通道帧。然后将所述运动应用于最新的第二通道帧,并且所述帧被外推到两个第一通道图像的各自的采集时间。然后将如此预测的第二通道帧与各自的第一通道帧进行配对,以在该不相等的帧速率实施例中如此实现对准。
根据一个实施例,也具有将针对两个通道中的任一个计算的各自的估计的过渡帧与另一通道的帧进行合并的步骤S214。从而能够改善另一通道中的信噪比。在一个实施例中,该步骤包括将内插的帧改变到另一通道。在一个方面中,可以在没有对准步骤并且甚至没有过渡帧的估计的情况下执行实现信噪比增强的所述合并和改变步骤S214。当不估计过渡帧时,可使用投影方向之间的横向偏移或角度偏移以补偿由所述偏移引起的明显运动和/或使用采用与要被改变的帧在相同通道中的先前的帧的运动估计来改变来自一个通道的任何帧。
在本发明的另一示例性实施例中,提供了一种计算机程序或计算机程序单元,其特征在于其适于在适当的系统上运行根据前述实施例中的一个所述的方法的方法步骤。
因此,所述计算机程序单元可以被存储在计算机单元上,所述计算机单元也可以是本发明的实施例的部分。该计算单元可以适于执行或诱导上述方法的步骤的执行。此外,所述计算单元可以适于操作上述装置的部件。所述计算单元能够适于自动操作和/或运行用户的命令。所述计算机程序可以被加载到数据处理器的工作存储器中。因此,可以配备数据处理器来实施本发明的方法。
本发明的该示范性实施例覆盖从一开始就使用本发明的计算机程序,以及通过将现有程序更新转换为使用本发明的程序的计算机程序二者。
更进一步的,计算机程序单元可以能够提供所有必要步骤以完成如上所述的方法的范例性实施例的过程。
根据本发明的又一示例性实施例,提出一种计算机可读介质,例如,CD-ROM,其中,所述计算机可读介质具有被存储在其上的计算机程序单元,前述章节描述了所述计算机程序单元。
计算机程序可以被存储和/或分布在合适的介质上,诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的部分供应的光学存储介质或固态介质,但是也可以以其他形式被分布,诸如经由互联网或其他有线或无线的通信系统。
然而,计算机程序也可以被呈现在网络上,如万维网,并且能够从这样的网络下载到数据处理器的工作存储器中。根据本发明的其他范例性实施例,提供用于使计算机程序可用于下载的介质,所述计算机程序单元被布置为执行根据本发明的先前描述的实施例中的一个的方法。
必须指出,已经参考不同的主题对本发明的实施例进行了描述。具体地,参考方法型权利要求对一些实施例进行了描述,而参考装置型的权利要求对其他实施例进行了描述。然而,除非另有说明,本领域技术人员将会从以上和以下的描述中推断出,除了属于一种类型的主题的特征的任意组合之外,涉及不同主题的特征之间的任意组合也被认为在本申请中公开。然而,所有的特征都能够被组合来提供多于特征的简单加合的协同效应。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明,但是这样的图示和描述应当被认为是图示性或示范性的,而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求,在实践所要求保护的发明时能够理解和实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求中,“包括”一词不排除其他元件或步骤,并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载的特定措施,但是这并不指示不能有效地使用这些措施的组合。在权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。
Claims (16)
1.一种图像处理系统,包括:
至少双通道X射线成像器(100),其用于供应
在相对于感兴趣对象(101)的第一投影方向上采集的帧的第一流,以及
在相对于所述对象的第二投影方向上采集的帧的第二流;
输入接口(102),其用于接收
i)来自所述第一流的第一帧和第二帧,所述第一帧在所述第二帧之前被采集;
ii)来自所述第二流的第三帧;
估计器(104),其被配置为根据所述第一帧和稍后采集的所述第二帧计算估计的帧;
对准器(106),其被配置为将所估计的帧与所述第二流的所述第三帧进行时间对准;
输出单元(108),其被配置为输出所估计的帧和所述第三帧作为经时间对准的帧的对;
屏幕(M),其用于基于针对所述两个流的经时间对准的帧的输出对来显示图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理系统,其中,所述第三帧在所述第一帧之后并且在所述第二帧之前被采集,其中,所述估计的帧是所述估计器使用所述第三帧的采集时间从所述第一帧和所述第二帧内插的。
3.根据权利要求1所述的图像处理系统,其中,一旦接收到在所述第二帧之后采集的所述第二流的新的帧,所述估计器被配置为根据先前的所述第三帧和所述第二流的所述新的帧来计算新的估计的帧,所述对准器被配置为将所述新的估计的帧与所述第二帧对准,所述输出单元将所述新的估计的帧和所述第二帧输出为新的经对准的帧的对,所述图像处理系统从而产生针对所述两个流的多个经时间对准的对。
4.根据权利要求3所述的图像处理系统,还包括:
运动检测器(110),其被配置为基于在所述第一帧和所述第二帧中的图像信息或在所述第三帧和所述第二流的所述新的帧中的图像信息来检测在所述第一帧和所述第二帧的采集期间或在所述第三帧和所述第二流的所述新的帧的采集期间的所述对象的移动,如果有所检测的运动,则所述估计器使用所检测的运动来计算所述新的估计的帧。
5.根据权利要求3所述的图像处理系统,其中,所述估计器被配置为将所估计的帧朝向所述第三帧改变,所述图像处理系统还包括:
图像合并器(112),其被配置为:将如此改变的估计的帧与所述第三帧进行合并,以便改善在所述第三帧中的信噪比;或者被配置为将所述新的估计的帧与所述第二帧进行合并,以便分别改善在所述第三帧或所述第二帧中的信噪比。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理系统,其中,交替地采集在所述两个流中的帧。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理系统,其中,所述第二流中的帧速率小于所述第一流中的帧速率。
8.根据权利要求4所述的图像处理系统,其中,通过以下中的任一个来触发所述第二流中的刷新,以采集所述第二流的所述新的帧:i)基于所述第三帧和所述第二流的先前的帧检测运动的所述运动检测器,所述运动超过预设的用户能调节的阈值;ii)从所述对象接收的ECG信号。
9.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理系统,其中,所述两个流中的各自的帧速率是用户能独立调节的。
10.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理系统,还包括3D图像处理器,所述3D图像处理器被配置为将一个或多个输出帧对处理成3D图像以用于显示在有3D功能的屏幕(M)上。
11.根据权利要求1-5中的任一项所述的图像处理系统,其中,所述第一流和所述第二流是以下中的任一个中的两个各自的流:i)立体视觉系统,ii)双平面成像系统,iii)双能量成像系统。
12.一种图像处理方法,包括以下步骤:
通过至少双通道X射线成像器的第一通道,接收(S205)i)在相对于感兴趣对象(101)的第一投影方向上采集的第一帧和第二帧两者,并且所述第一帧在所述第二帧之前被采集;并且通过所述至少双通道X射线成像器的第二通道,接收(S205)ii)在相对于所述对象的第二投影方向上采集的第三帧;
根据所述第一帧和稍后采集的所述第二帧估计出(S210)估计的帧;
将所估计的帧与所述第二通道的所述第三帧在时间上进行对准(S215);
将所述估计的帧和所述第三帧输出(S220)为经时间对准的帧的对。
13.根据权利要求12所述的方法,还包括以下步骤:一旦接收到在所述第二帧之后采集的新的第二通道帧,根据先前的所述第三帧和所述新的第二通道帧来计算新的估计的帧;将所述新的估计的帧与所述第二帧进行对准;并且,将所述新的估计的帧和所述第二帧输出为新的经对准的帧的对,从而产生针对所述两个通道的多个经时间对准的对。
14.一种图像处理装置,包括:
用于通过至少双通道X射线成像器的第一通道接收(S205)i)在相对于感兴趣对象(101)的第一投影方向上采集的第一帧和第二帧两者并且所述第一帧在所述第二帧之前被采集并且通过所述至少双通道X射线成像器的第二通道接收(S205)ii)在相对于所述对象的第二投影方向上采集的第三帧的单元;
用于根据所述第一帧和稍后采集的所述第二帧估计出(S210)估计的帧的单元;
用于将所估计的帧与所述第二通道的所述第三帧在时间上进行对准(S215)的单元;
用于将所述估计的帧和所述第三帧输出(S220)为经时间对准的帧的对的单元。
15.根据权利要求14所述的装置,其中,一旦接收到在所述第二帧之后采集的新的第二通道帧,用于估计(S210)的单元根据先前的所述第三帧和所述新的第二通道帧来计算新的估计的帧,用于对准(S215)的单元将所述新的估计的帧与所述第二帧进行对准,用于输出(S220)的单元将所述新的估计的帧和所述第二帧输出为新的经对准的帧的对,所述装置从而产生针对所述两个通道的多个经时间对准的对。
16.一种计算机可读介质,其具有被存储在其上的用于控制根据权利要求1-11中的任一项所述的系统的计算机程序单元,所述计算机程序单元当被处理单元运行时适于执行根据权利要求12-13中的任一项所述的方法的步骤。
Applications Claiming Priority (3)
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