CN105208937B - 图像处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的图像处理装置通过对原始图像和绘制有与构成原始图像的像素有关的标准偏差的标准偏差图像进行相加或相减来生成计算图像。在计算图像中，删除了原始图像的除金属片以外的可见部分的成分的图像。因此，在计算图像中不会出现原始图像中包含例如白色的非金属片的成分。如果对该计算图像进行用于提取所包含的例如白色的金属片的二值化处理，则可以通过进行正确的切图处理来使得在由此得到的图像中不会出现源自于非金属的成分的图像。

Description

图像处理装置
技术领域
本发明涉及一种用以改善放射线图像的视觉识别的图像处理装置，尤其涉及一种即使在放射线图像中包含了金属片的图像的情况下也能够提供具有高的视觉识别的图像的图像处理装置。
背景技术
医疗设施装备了放射线装置以使用放射线获得被检体的图像。这种放射线摄像装置包括图像处理装置以通过对原始图像添加图像处理来在监视器上显示具有高的视觉识别的图像。
一些图像处理装置可以生成断层图像。根据该图像处理装置，当输入在改变摄像方向的情况下连续拍摄的多个原始图像时，对原始图像进行重叠以输出断层图像。断层图像是包含了在对被检体在其平面处进行截面摄像时出现的图像的图像。
另外，在曾经做过外科手术以利用金属片加强骨骼的被检体的情况下，在所拍摄的原始图像中包含了金属片的图像。在对体内植入有金属片的被检体进行摄像时，在原始图像中明显地包含了放射线难以穿过的金属片。原始图像上的金属片表现为原始图像上的极亮的图像。
图像处理装置不能仅通过简单地重叠包含金属片的图像来生成具有良好的视觉识别的断层图像。这是因为，在所生成的断层图像中包含的金属片的周边发生伪图像。那么，根据传统的图像处理装置，通过对原始图像的金属片和其它区域进行分开的图像处理以防止在断层图像中发生伪图像，来生成断层图像(例如，参见专利文献1)。
需要能够示出原始图像中金属片的分布的分布图，以执行能够减少这种伪图像的图像处理。根据传统的构成，可以通过对原始图像执行二值化处理来生成这种分布图。设定对原始图像执行二值化处理，可以获得如同提取了原始图像中包含的极暗的金属片的图像。可以应用大津(Otsu)方法以确定与二值化处理有关的阈值。
现有技术文献
专利文献1：PCT/JP2012/003525
非专利文件：Otsu N:A Threshold selection method from grey levelhistograms.IEEE Trans.Systems Man,and Cybernetics 9:62-66,1979
发明内容
发明要解决的问题
然而，在传统构成中存在以下问题。具体地，具有传统构成的二值化处理对金属片的指定不正确。
根据与传统方法有关的二值化处理，不能正确地提取金属片。在一些情况下，在被检体的金属片的周边存在较多的吸收放射线的粘接剂，使得在进行二值化处理时可能难以辨别原始图像中包含的粘接剂和金属片。因此，用于二值化处理的传统方法在从原始图像提取金属片时会将非金属片区域包括在金属片区域中。这导致原始图像上的金属片的误识别，使得可以对原始图像上所执行的断层图像生成处理产生不利影响。
另外，一些原始图像在除金属片以外的区域中包含了细小的白色成分。在一些情况下，用以提取同一原始图像中包含的白色金属片的二值化处理可能也会提取该细小的成分。这种误提取也对断层图像生成处理产生不利影响。
鉴于这种情况而作出了本发明，并且本发明的目的是提供一种可以通过针对包含金属片的图像而正确地辨别金属片和其它区域的图像来确实地改善与除图像中包含的金属片以外的区域有关的视觉识别的图像处理装置。
用于解决问题的方案
本发明包括以下结构来解决上述问题。具体地，本发明的图像处理装置是一种用于对包含金属片的原始图像进行图像处理的图像处理装置，其中所述原始图像是通过对内部植入金属片的被检体进行放射线摄像而获得的，所述图像处理装置包括：标准偏差图像生成部件，用于通过在改变所述原始图像上的关注像素的情况下重复进行用于对所述关注像素和所述关注像素周边的像素的像素值的标准偏差进行计算的操作；图像计算部件，用于通过对所述原始图像和所述标准偏差图像进行相加或相减来生成计算图像；计算图像二值化部件，用于通过对所述计算图像进行二值化来生成关于原始图像的二值化计算图像；以及切图处理部件，用于基于所述二值化计算图像来掌握所述原始图像上的金属片的分布，获得所述原始图像的金属片区域的像素值的代表值以及除金属片以外的区域的像素值的代表值，并且通过参考各个代表值对所述原始图像进行切图处理来生成示出所述原始图像中的金属片的分布的分布图。
[作用和效果]根据本发明的构成，可以基于该构成而确实地提取原始图像中包含的金属片。也就是说，用于生成(针对构成本发明的图像处理的像素而绘制标准偏差的)标准偏差图像的标准偏差处理装置生成了(针对构成原始图像的像素而绘制标准偏差的)标准偏差图像，再通过对原始图像和标准偏差图像进行相加或者从原始图像减去标准偏差图像来生成计算图像，并且还通过对计算图像进行二值化来提取金属片。在该计算图像中，删除了在原始图像的除金属片以外的区域中出现的成分的图像。因此，原始图像上的例如包含白色的除金属片以外的成分不会出现在计算图像中。因此，如果加入能够例如在计算图像中提取包含白色的金属片的二值化处理，则可以进行正确的切图处理以使得不会在由此得到的图像中出现源自于除金属片以外的成分的图像。
此外，上述图像处理装置优选还包括：断层图像生成部件，所述断层图像生成部件用于执行以下处理：金属片去除处理，用于通过参考所述分布图从针对被检体改变摄像方向的情况下连续拍摄到的各个所述原始图像中去除该原始图像中所包含的金属片，来生成金属片去除图像；金属片去除断层图像生成处理，用于通过重叠多个所述金属片去除图像来生成金属片去除断层图像；金属片裁剪处理，用于参考所述分布图，通过从各个所述原始图像中取出与金属片相对应的区域来生成裁剪图像；金属片断层图像生成处理，用于通过重叠多个所述裁剪图像来生成金属片断层图像；以及断层图像相加处理，用于通过对所述金属片去除断层图像和所述金属片断层图像进行相加来生成合成断层图像。
[作用和效果]本发明的图像处理装置可以用于生成在金属片的周边不发生伪图像的断层图像的情况。
此外，本发明的图像处理装置可以安装至断层摄像装置。
发明的效果
本发明的图像处理装置通过针对原始图像和(针对构成原始图像的像素而绘制标准偏差的)标准偏差图像进行相加或相减来生成计算图像。在该计算图像中，删除了在原始图像的除金属片以外的区域中出现的成分的图像。因此，原始图像上例如包含白色的除金属片以外的成分不会出现在计算图像中。因此，如果加入能够例如在计算图像中提取包含白色的金属片的二值化处理，则可以进行正确的切图处理以使得不会在由此得到的图像中出现源自于除金属片以外的成分的图像。
附图说明
图1是示出实施例1的图像处理装置的结构的功能框图。
图2是示出实施例1的原始图像的摄像装置的结构的功能框图。
图3是示出实施例1的断层图像的获取原理的示意图。
图4是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图5是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图6是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图7是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图8是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图9是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图10是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图11是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图12是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图13是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图14是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图15是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图16是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图17是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图18是示出实施例1的图像处理装置的操作的示意图。
图19是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
图20是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
图21是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
图22是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
图23是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
图24是示出实施例1的断层图像生成单元的操作的示意图。
具体实施方式
本发明的图像处理装置是用于对包括通过对体内植入金属片的被检体进行放射线摄像而获得的包含金属片的原始图像P0进行图像处理的图像处理装置。以下，将说明本发明的实施例的最佳形式。
实施例1
首先，将说明本发明的图像处理装置22的实施例。参考图1，本发明的图像处理装置的结构在输入原始图像P0时输出示出原始图像P0中包含的金属片的分布的分布图Ma。原始图像P0可以是各种图像，但是为了最有效地表示本发明的特征，设定原始图像P0是通过对植入金属片的被检体进行X射线摄像而获得的图像。并且设定在原始图像P0中包含了被检体内的金属片的图像。具体地，图1中的原始图像P0示出构成人造关节的金属片m0。
图像处理装置22包括各个单元11、12、12、13、14、15、16以基于原始图像P0生成分布图Ma。标准偏差图像生成单元11通过对原始图像P0进行标准偏差滤波来生成标准偏差图像P1。图像相减单元12通过从原始图像P0减去标准偏差图像P1来生成相减图像P2。二值化单元13通过针对相减图像P2执行二值化处理来生成二值化相减图像P3。轮廓提取单元14通过提取二值化相减图像P3的轮廓来生成轮廓提取图像P4。蛇形处理单元15将轮廓提取图像P4中提取出的轮廓识别为初始状态，并且针对原始图像P0执行利用蛇形的分割处理，以生成示出金属片m0相对于原始图像的分布的分布图Ma。切图处理单元16基于原始图像和二值化相减图像P3来生成示出金属片m0相对于原始图像的分布的分布图Ma。轮廓提取单元14和蛇形处理单元15协作进行的操作与切图处理单元16进行的操作存在并列的关系。对于二值化相减图像P3，可以通过相加与蛇形处理有关的图像处理来获得分布图Ma，或者可以通过相加与切图处理有关的图像处理来获得分布图Ma。
上述标准偏差图像生成单元11对应于本发明的标准偏差图像生成部件，以及图像相减单元12对应于本发明的图像计算部件。此外，上述二值化单元13对应于本发明的二值化部件，以及轮廓提取单元14对应于本发明的轮廓提取部件。此外，蛇形处理单元15对应于本发明的蛇形处理部件，以及切图处理单元16对应于本发明的切图处理部件。此外，上述相减图像P2对应于本发明的计算图像。
输入至图像处理装置22的特定原始图像P0是断层融合装置所拍摄的一系列X射线图像。本发明的图像处理装置22是可以使断层融合装置所生成的断层图像清楚的装置。这里，通过使用放射线摄像装置来生成包含在截面处切断被检体时所获得的图像的断层图像。图2具体示出该装置。参考图2，图像处理装置22包括图1的各个单元11、12、13、14、15、16。
以下将说明用于生成实施例1的断层图像的放射线断层摄像装置的实施例。此外，实施例的X射线是本发明的构成的放射线。此外，FPD(平板检测器)代表平板X射线检测器。本发明的X射线摄像装置50用于在人造关节置换手术之后的过程观察。
图2是示出实施例1的X射线摄像装置50的结构的功能框图。参考图2，实施例1的X射线摄像装置50包括：台板2，其上放置进行X射线断层摄像的被检体M；X射线管3，其安装在台板2的上侧(台板2的一面侧)，并且向被检体M照射椎状的X射线束；FPD 4，其安装在台板2的下侧(台板2的另一面侧)，并且检测穿过被检体M的X射线；同步移动机构7，其以椎状的X射线束的中心轴始终与FPD 4的中心一致的状态，使X射线管3和FPD 4在夹有被检体M的目标区域的情况下沿相反的方向同步移动；同步移动控制单元8，其控制同步移动机构7；以及X射线网格栅5，其设置为覆盖FPD 4的用以检测X射线的X射线检测面，并且吸收散射的X射线。这样，台板2处于夹在X射线管3和FPD 4之间的位置。
同步移动机构7包括用于相对于被检体M沿身体轴方向移动X射线管的X射线管移动机构7a和用于相对于被检体M沿身体轴方向移动FPD 4的FPD移动机构7b。此外，同步移动控制单元8包括用于控制X射线管移动机构7a的X射线管移动控制单元8a和用于控制FPD移动机构7b的FPD移动控制单元8b。在连续拍摄原始图像P0时，同步移动控制单元8使X射线管和FPD 4沿相互相反的方向移动。
X射线管3被配置为根据X射线管控制单元6的控制，重复向被检体M照射椎状的脉冲X射线束。X射线管3安装有准直器以将X射线束准直成如角锥那样的椎状。此外，X射线管3和FPD 4形成用于拍摄X射线投影图像的摄像系统3、4。X射线管控制单元6根据指定管电流、管电压以及其脉冲宽度等的预定值来控制X射线管3。
同步移动机构7包括相对于被检体M同步移动X射线管3和FPD 4的步骤。同步移动机构7根据同步移动控制单元8的控制，沿与被检体M的身体轴方向A平行的直线轨道(台板2的长边方向)直线移动X射线管3。X射线管3和FPD 4的移动方向与台板2的长边方向一致。另外，在检查时，从X射线管3照射的椎状的X射线束始终向被检体M的目标区域照射，并且通过改变X射线管3的角度，X射线照射角度可以例如从初始角度-20°一直改变直至最终角度20°。可以由X射线管倾斜机构9来进行X射线照射角度的这种改变。安装有X射线管倾斜控制单元10来控制X射线管倾斜机构9。
实施例1的X射线摄像装置50还包括用于整体地控制各个控制单元6、8、10、11、12的主控制单元25和用于显示断层图像的显示单元27。主控制单元25包括CPU，并且通过执行各种程序来实现各个控制单元6、8、10和后述的各个单元21、22、23。存储单元28存储与X射线摄像装置50的控制有关的全部数据，例如，与X射线管3的控制有关的参数。操作台26用于输入操作者针对X射线摄像装置50的各个操作。
此外，与上述的X射线管3的直线移动同步地，同步移动机构7使安装于台板2下侧的FPD 4沿身体轴方向A(台板2的长边方向)直线移动。移动方向是与X射线管3的移动方向相反的方向。具体地，X射线管3的焦点位置和照射方向随着X射线管3的移动而变化的椎状的X射线束被配置为始终被FPD 4的检测面的全部表面所接收。因此，在一次检查时，FPD 4在与X射线管3沿相互相反的方向同步移动的情况下可以接收例如74个投影图像。具体地，参考图2，摄像系统3、4从实线所示的初始位置经由虚线所示的位置相对地移动至点划线所示的位置。具体地，在改变X射线管3和FPD 4的位置的情况下拍摄多个X射线投影图像。换言之，椎状的X射线束始终被FPD 4的检测面的全部表面所接收，使得在摄像时椎状的X射线束的中心轴始终与FPD 4的中心点一致。此外，FPD 4的中心直线移动，并且这种移动沿与X射线管3的移动方向相反的方向。也就是说，被配置为在身体轴方向A上沿相互相反方向同步移动X射线管3和FPD 4的结构。
断层图像的获取原理
以下将说明实施例1的X射线摄像装置50的断层图像的获取原理。根据实施例1的结构，可以通过生成多个断层图像(即，在平面上切断被检体时所拍摄的图像)来生成断层图像。图3是示出实施例1的X射线摄像装置所拍摄的断层图像的获取方法的示意图。例如，参考图3，在说明与台板2平行(相对于垂直为水平)的虚拟平面(基准切断面MA)时，在以位于基准切断面MA上的点P、Q可以始终投影至FPD 4的X射线检测面上的固定点p、q的方式、FPD 4根据来自X射线管3的椎状的X射线束的照射方向沿与X射线管3相反的方向同步移动的情况下，图像生成单元21生成一系列原始图像P0。在改变被检体M的位置的情况下，一系列原始图像P0包含了被检体M的投影图像。那么，在设定断层图像生成单元23对一系列原始图像P0进行再构成的情况下，对位于基准切断面MA的图像(例如，固定点p、q)进行累积，并且可以拍摄X射线断层图像。另一方面，在改变FPD 4上的投影位置的情况下，一系列被检体M的图像包含了位于基准切断面MA外的点I作为点i。点i与固定点p、q不同，而且其不会聚焦至图像中并且会在断层图像生成单元23重叠X射线投影图像的步骤中失焦。因此，重叠一系列投影图像，使得可以获得仅包含位于被检体M的基准切断面MA的图像的X射线断层图像。因此，单纯重叠投影图像，使得可以获得基准切断面MA上的断层图像。断层图像生成单元23对应于本发明的断层图像生成部件。断层图像生成单元23对应于本发明的断层图像生成部件。
此外，断层图像生成单元23可以在与基准切断面MA水平的任意切断面处获得相同的断层图像。在摄像时，相对于FPD 4的点i的投影位置以移动速度随着投影前的点I和基准切断面MA之间的距离增大而增大的方式移动。基于该情况，如果在以预定间距向身体轴方向A移位的情况下应该对所获得的一系列被检体M的图像进行再构成，则可以获得与基准切断面MA平行的切断面处的断层图像。可以由断层图像生成单元23来进行一系列断层图像的这种再构成。
图像处理装置22的操作：标准偏差图像生成单元11的操作
下面将具体说明图像处理装置22的操作。在设定包含金属片m0的原始图像P0被输入至图像处理装置22的情况下，原始图像P0被输入至标准偏差图像生成单元11，然后生成如图4所示的标准偏差图像P1。标准偏差图像P1是绘制有与构成原始图像P0的像素有关的标准偏差的图像。标准偏差是统计用的离差的指标，具体地，是构成原始图像P0的特定像素及其像素周边的像素的像素值的离差的指标。
将说明标准偏差图像生成单元11的用于生成标准偏差图像P1的操作。参考图5，标准偏差图像生成单元11指定构成原始图像P0的像素中的一个像素作为关注像素a。并且标准偏差图像生成单元11指定以关注像素为中心的例如长11×宽11的正方形区域作为关注区域R。关注区域R应该包括关注像素a。标准偏差图像生成单元11通过从原始图像P0获得关注区域R中包括的像素值来计算这些标准偏差。此时所计算出的标准偏差的值是与关注像素a有关的值。另外，为了便于绘图，图5中的关注区域R是长5×宽5的正方形。
标准偏差图像生成单元11指定构成原始图像P0的全部像素顺次作为关注像素a，并且计算针对各关注像素a的标准偏差值。在标准偏差图像生成单元11计算构成原始图像P0的全部像素的标准偏差值时，其对标准偏差值进行绘图。具体地，标准偏差图像生成单元11重复将标准偏差值设置在计算时的关注像素a的位置的操作。因此，在一个图像中设置了全部所计算出的标准偏差值。所计算出的标准偏差值是这样获得的标准偏差图像P1中的像素值。标准偏差图像生成单元11所进行的一系列操作可以通过针对构成原始图像P0的各个像素而启用用于指定关注区域R和标准偏差的计算方法的标准偏差滤波器，来生成和表现标准偏差图像P1。
将说明这样生成的标准偏差图像P1的意义。参考图5，示出标准偏差图像生成单元11在原始图像P0上设置特定关注像素a和关注区域R时的状态。在该状态下，关注像素a的周边存在具有类似像素值的像素。关注像素a的标准偏差趋于小的值。
还参考图6，示出标准偏差图像生成单元11在原始图像P0上设置特定关注像素a和关注区域R时的状态。该状态下的关注像素a假定为针对原始图像P0位于金属片m0和其它区域之间的边界的位置的像素。此时，关注像素a及其周边像素的像素值是分散的。在这种情况下，关注像素a的标准偏差趋于高的值。
具体地，具有高的像素值的区域对应于原始图像P0上像素值分散的区域，并且具有小的像素值的区域对应于原始图像P0上像素值类似的区域。由于这样的情况，标准偏差图像P1提供了原始图像P0上的金属片m0和其它区域之间的边界区域呈现为高的像素值的图像(参考图4的右侧)。
此外，在原始图像P0中包含亮点s0。亮点s0显然不属于金属片m0，但是它在原始图像P0上呈现为与金属片m0一样亮。点s0是由于被检体M的除金属片以外的X射线难以穿过的成分所导致的。在从原始图像P0提取金属片m0时，很可能一起提取出点s0。从对于金属片的正确提取的观点来看，应该避免这种现象。
将说明点s0如何出现在标准偏差图像P1上。标准偏差图像P1上的与点s0相对应的区域呈现为与金属片m0一样的高的像素值。这是因为，构成点s0的像素的标准偏差值高。点s0是原始图像P0上显眼的像素。因此，构成点s0的像素为亮，并且在其周围区域中分布了相对暗的像素。因此，在对点s0进行标准偏差的计算时，由于参考图6所述的状态，因而可以获得高的标准偏差值。
图像处理装置22的操作：图像相减单元12的操作
所生成的标准偏差图像P1被输入至图像相减单元12。参考图7，图像相减单元12通过从原始图像P0减去标准偏差图像P1来生成相减图像P2。
将说明相减图像P2是什么。参考图7的右侧，相减图像P2包含了如同暗包围亮的金属片m0的图像。将说明相减图像P2是这样的理由。考虑到当从原始图像P0减去标准偏差图像P1时，原始图像P0的区域之间的相减程度有多不同。在标准偏差图像P1中混合了高像素值区域和低像素值区域，使得原始图像P0的相减程度可能取决于图像的区域而变化。对于与标准偏差图像P1的像素值高的区域相对应的原始图像P0的像素，应该通过相减处理大幅地减小像素值，而对于与标准偏差图像P1的像素值低的区域相对应的原始图像P0的像素，应该通过相减处理不那么大幅地减小像素值。
如上所述，标准偏差图像P1的像素值高的区域是原始图像P0上金属片m0和其它区域之间的边界。因此，在对原始图像P0进行相减处理时，位于边界区域中的像素的像素值大幅减小，从而获得图7的右侧的图像。相减图像P2是位于原始图像P0上的金属片m0的轮廓中的不清楚是否属于金属片的模糊像素被涂为暗像素的图像。
以下考虑位于原始图像P0上的除金属片以外的区域中的亮点s0通过相减处理是如何表现的。对标准偏差图像P1的点s0的相应区域分配高像素值。因此，在从原始图像P0减去标准偏差图像P1时，构成点s0的像素的像素值会大幅减小。因此，删除了表现为原始图像P0的除金属片以外的区域中的亮点s0的成分的图像，并且其不会呈现在相减图像P2上。
图像处理装置22的操作：二值化单元13的操作
相减图像P2被输出至二值化单元13，并且对相减图像P2执行二值化处理。将说明这样可以针对原始图像P0提取正确的金属片m0的区域。图8是直方图，其中，利用像素值将原始图像P0展开。在原始图像P0中，出现从金属片m0获得的峰和从除金属片以外的区域获得的另一峰的两个峰。考虑从原始图像P0提取金属片m0的情况。在这种情况下，可以设置两个峰之间的阈值，使得可以基于构成原始图像P0的像素的像素值是否高于阈值来判断像素是否属于金属片m0。
然而，在两个峰之间分布有附图标记A所示的具有中间值的像素。这样的像素大多存在于原始图像P0上的金属片m0和其它区域之间的边界中。如果对不清楚是否为金属的模糊区域进行阈值处理，则可能发生误判断。具体地，原始图像P0的不属于金属片m0的像素可能被判断为属于金属片m0，或者尽管像素实际属于金属片m0但是将其判断为不属于金属片m0。此外，原始图像P0的除金属片以外的区域中出现的亮点s0属于如附图标记A所示的中间区域。在对原始图像P0进行二值化时，如果点s0具有比阈值更亮的像素值，则可能误认为点s0属于金属片。
因此，在实施例1的构成中，在提取金属片m0时，不直接对原始图像P0进行阈值处理。图9是相减图像P2的直方图。与图8相比，可以注意到区域A的像素数量减少。这是因为，原始图像P0上的围绕金属片m0的不清楚是否属于金属片的模糊像素或者构成原始图像P0上的点s0的像素的全部像素值都大幅减小，并且被分组至图9中的除金属片以外的阴影区域。
参考图10，二值化单元13通过对相减图像P2进行阈值处理，生成示出两个区域(即，原始图像P0的确定属于金属片m0的区域以及不清楚属于金属片还是不属于金属片的模糊区域)的二值化相减图像P3。此时，在设定预先已知原始图像P0中包含了金属片m0的像素值的情况下，可以基于像素值来决定二值化单元13所采用的阈值，或者可以通过使用Otsu方法来决定二值化单元13所采用的阈值。此外，二值化相减图像P3对应于本发明的二值化计算图像。
图11具体示出二值化单元13通过取出相减图像P2的区域来对相减图像P2进行的处理。在相减图像P2中，在包含金属片m0的亮区域和并非金属片m0的由附图标记n0表示的暗区域之间，混有暗的带状区域C。带状区域C是与位于原始图像P0包含的金属片m0的轮廓中的、像素值由于图像相减处理急剧减小的区域相对应的区域。在这样对相减图像进行二值化处理时，表示金属的区域不会包含带状区域C。因此，二值化单元13将原始图像P0分割为确实属于金属片m0的区域和不清楚属于金属片还是不属于金属片的模糊区域。
图像处理装置22的操作：原始图像P0包含的金属片m0的分布的确定
因此，所生成的二值化相减图像P3是与单纯对原始图像P0进行二值化的图像相比、能从原始图像P0正确取出金属片m0的图像。然而，存在能够基于二值化相减图像P3来更正确地提取金属片的方法。
基本上，二值化相减图像P3是如下的图像：将不清楚是金属片还是非金属片的模糊区域认为是非金属区域，以使得原始图像P0上的金属片的分布比二值化相减图像P3上的分布广。因此，实施例1的图像处理装置22通过后续的图像处理使用二值化相减图像P3来对原始图像P0中包含的金属片m0的分布进行确定。该图像处理包括两种方法，这两种方法都能从原始图像P0正确提取金属片m0。这两种方法具体包括利用蛇形法的方法和利用切图法的方法。将顺次说明这两种方法。
图像处理装置22的操作：蛇形法的操作
首先，将说明蛇形法。在采用该方法时，二值化相减图像P3首先被发送至轮廓提取单元14。参考图12，轮廓提取单元14通过对二值化相减图像P3进行轮廓提取处理来生成轮廓提取图像P4。轮廓提取图像P4是利用笔跟踪二值化相减图像P3中包含的金属区域(原始图像P0的确实属于金属片m0的区域)的轮廓的图像。根据轮廓提取处理，二值化相减图像P3的金属区域在轮廓提取图像P4上表现为提供将具有一定线宽的线进行封闭所绘制出的环形。
轮廓提取图像P4被发送至蛇形处理单元15。蛇形处理单元15对轮廓提取图像P4上的环状图形的形状进行分析，然后将节点nd设置为在对图13的左侧的图形进行变形时的指标。然后，参考图13的右侧，蛇形处理单元15决定在如同使节点nd摆动那样移动的情况下原始图像P0的金属片m0的正确轮廓。在蛇形处理单元15进行操作时，参考原始图像P0。蛇形处理单元15在对原始图像P0应用图形的情况下重复进行变形，并且在保持图形平滑的情况下，从原始图像P0的图形中包括的像素的像素值和不包括的像素的像素值之间的像素值的差，来寻找适合的图形形状。蛇形处理单元15识别最终决定出的图形形状，并且以分割图形的内侧区域和外侧区域的方式进行二值化。然后，参考图1，可以生成从原始图像P0合适地提取了金属片m0的二值化图像分布图Ma。
图像处理装置22的操作：切图法的操作
图像处理装置22可以利用与上述蛇形法不同的方法来生成分布图Ma。具体地，图像处理装置22通过基于切图法而从原始图像P0合适地提取金属片m0来生成分布图Ma。二值化相减图像P3是切图法的处理的出发点。
在设定采用切图法来生成分布图Ma的情况下，二值化相减图像P3被发送至切图处理单元16。参考图14，切图处理单元16基于二值化相减图像P3，获得原始图像P0的与金属片m0相对应的区域的像素值的代表值obj。代表值obj是与金属片m0有关的最常见的像素值。为了切图处理单元16计算出代表值obj，首先参考二值化相减图像P3来设置原始图像P0的确实属于金属片m0的区域。然后，参考图15，切图处理单元16针对该区域进行直方图分析，并且获得在该区域中出现最多的像素值。通过该直方图获得的像素值是金属片的代表值obj。
同样，切图处理单元16获得与原始图像P0的除金属片m0以外的区域相对应的区域的像素值的代表值bg。代表值bg是与除金属片m0以外的区域有关的最常见的像素值。为了切图处理单元16计算出代表值bg，首先参考二值化相减图像P3来设置确实属于原始图像P0的除金属片m0以外的区域的区域。然后，切图处理单元16针对该区域进行直方图分析，并且获得在该区域中出现最多的像素值。通过该直方图获得的像素值是金属片的代表值bg。
然后，二值化相减图像P3中的与除金属片m0以外的区域相对应的区域包括原始图像P0的不清楚是否属于金属片的模糊区域。因此，在决定代表值bg时，由于受到模糊区域的像素值的影响，因而所获得的代表值bg可能偏离除金属片m0以外的区域中出现最多的像素值。确实地，切图处理单元16获得代表值bg时所生成的直方图包括了模糊区域的像素。
然而，模糊区域的像素值基本上与金属片的像素值类似，并且与除金属片m0以外的区域的像素相比，直方图中出现的模糊区域的像素值较小。因此，直方图中的模糊像素所形成的峰远离除金属片m0以外的区域的像素所形成的主峰并且低于主峰。切图处理单元16参考主峰的顶点来获得代表值bg，使得不清楚是否是金属片的模糊区域的像素不会涉及代表值bg的决定。
切图处理单元16基于代表值obj和代表值bg对原始图像P0进行切图处理，并且正确提取原始图像P0中包含的金属片m0的分布。可以对切图处理后的像素进行像素是属于金属片还是非金属片区域的正确分配。
图16示出用于切图法的节点n的概念。设定图像包括如图16的左侧所示的二维配置的像素。切图法将像素a解释为相互连接的节点n。各个节点n对应于各个像素a。因此，节点n是二维配置的。二维配置的各个节点n相互连接至相邻的节点n。相互连接的节点n相互紧密关联并且形成一个块。然后，通过逐个断开各个节点n的连接，均匀构成整个图像的块被分解成两个块。因此，所分解出的两个块中的一个块仅包括与属于金属片的像素相对应的节点n。另一个块仅包括与属于非金属区域的像素相对应的节点n。
图17是示出切图法的第一步骤。为了便于说明，将附图标记R1所示的节点n的行提取出来并进行说明。首先，除了与像素a相对应的节点n以外，还添加节点na、nb。节点na是表示属于金属片的像素的虚拟节点。节点na连接至全部节点n。节点nb是表示属于非金属区域的像素的虚拟节点。节点nb也连接至全部节点n。
接着，切图处理单元16将代表值obj关联至节点na并且将代表值bg关联至节点nb。接着，切图处理单元16分配节点n。例如，参考图17，切图处理单元16将节点n中具有与代表值obj相同的像素值的节点n1连接至节点na。此外，还将节点n中具有与代表值bg相同的像素值的节点n5连接至节点nb。
图18所示的节点n2是不清楚是否属于金属片的模糊像素。切图处理单元16在分配节点n2时关注连接至节点n2的连接线。将被称为代价(cost)的评价值分配给这些连接线。切图处理单元16通过比较代价来分割连接线。基于与节点n相对应的像素的像素值来决定代价。具体地，在相邻像素具有类似的像素值的情况下，与相邻像素相对应的节点n之间的连接线的代价被设置为低。然后，在像素的像素值是表示较少X射线曝光的值的情况下，与该像素相对应的节点n和节点na之间的连接线的代价被设置为低。而且，在像素的像素值是表示较多X射线曝光的值的情况下，与该像素相对应的节点n和节点nb之间的连接线的代价被设置为低。因此，低代价表示各个节点之间的紧密关联性。
切图处理单元16在保持低代价连接线的情况下重复分割连接线。例如，参考图18的例子，节点n2与右侧的节点n和节点nb断开连接，并且将将相应的像素a判断为属于金属片。切图处理单元16对全部节点n执行这样的节点n的分配，并且生成作为分配的结果的由二值图像表示的分布图Ma。分布图Ma正确地表示原始图像P0的金属片的分布。
断层图像生成单元
以下将通过重叠原始图像P0来说明用于生成断层图像的断层图像生成单元23。实施例1的断层图像生成单元23在操作时不仅参考原始图像P0而且还参考上述分布图Ma。根据参考图3的断层图像生成的原理的说明，如果断层图像生成单元23重叠74个原始图像P0，则可以生成断层图像。因此，如果期望仅生成断层图像，则需要图像处理装置22不生成分布图Ma。
然而，如果应该单纯重叠原始图像P0，则只能获得具有伪图像的断层图像。这是因为，各个原始图像P0包含金属片。由于极端的像素值，因而不能通过重叠原始图像P0来将金属片充分弄暗。因此，通过重叠图像而不能完全抵消的金属片的剩余图像可能出现在断层图像的金属片的周边。该剩余图像是断层图像中出现的伪图像的真实体。
实施例1的X射线断层摄像装置是不会使断层图像发生这种伪图像的装置。具体地，实施例1的X射线断层摄像装置是通过基于图像处理装置22的功能而重叠金属片来使得在断层图像中不会出现伪图像的装置。具体地，通过原样重叠原始图像P0不能生成根据实施例1的断层图像。具体地，参考图19，通过断层图像生成单元23参考从各个原始图像P0提取金属片的分布图Ma来生成断层图像。通过图像处理装置22执行74个原始图像P0中的各个原始图像的金属片的提取处理，来生成分布图Ma。因此，生成74个分布图Ma。
断层图像生成单元23的操作：金属片去除处理
断层图像生成单元23参考图像处理装置22所生成的分布图Ma来生成断层图像。将具体对其进行说明。首先，断层图像生成单元23执行图像处理以去除各个原始图像P0中包含的金属片的图像。具体地，参考图20，断层图像生成单元23通过参考分布图Ma，获知原始图像P0中包含的金属片的位置/大小/范围。并且，断层图像生成单元23将金属片内部的像素的像素值转换为金属片周边的像素的像素值。然后，与转换有关的像素值例如是金属片的周边中的像素的平均值。这样，以如同原始图像P0中包含的金属片与周边同化的方式，生成金属片去除图像P8。与74个原始图像P0中的各个原始图像相对应地生成金属片去除图像P8。因此，断层图像生成单元23进行金属片去除处理，其中，参考从在改变对被检体M的摄像方向的情况下连续拍摄的各个原始图像P0提取金属片的分布图Ma，从原始图像P0去除原始图像P0中包含的金属片，来生成金属片去除图像P8。
断层图像生成单元23的操作：金属片去除断层图像的生成
参考图21，断层图像生成单元23通过重叠74个金属片去除图像P8来生成断层图像。为了区别，将此时所生成的图像称为金属片去除断层图像D1。以如同金属片与金属片的周边同化的方式对图像进行重叠来生成金属片去除断层图像D1，使得在金属片的周边不会出现伪图像。然而，与图21中的金属片去除断层图像D1的斜线区域所示的金属片相对应的区域完全填充了不正确的像素值。这是因为，作为金属片去除断层图像D1的基础的与金属片去除图像P8有关的金属片内部的像素的像素值被转换为与正确的像素值不同的像素值。之后，断层图像生成单元23进行操作以使金属片去除断层图像D1的金属片区域的像素值接近正确的像素值。断层图像生成单元23进行用于通过重叠多个金属片去除图像P8来生成金属片去除断层图像D1的金属片去除断层图像生成处理。
断层图像生成单元23的操作：金属片裁剪处理
具体地，断层图像生成单元23对74个原始图像P0进行不同的图像处理。参考图22，断层图像生成单元23从各个原始图像P0减去相应的金属片去除图像P8。原始图像P0和金属片去除图像P8具有与除金属片以外的区域相同的图像，从而通过相减处理去除和抵消相同的区域。具体地，以如同通过断层图像生成单元23的相减处理而从各个原始图像P0裁剪与金属片相对应的区域的方式，生成裁剪图像P9。裁剪图像P9与上述分布图Ma看似相同，实则不同。分布图Ma是二值化图像，并且表示原始图像P0上的金属片的形状，另一方面，裁剪图像P9不仅表示金属片的形状而且表示金属片内部的浓淡。具体地，裁剪图像P9的金属片看似原始图像P0中包含的较薄的金属片。这是因为，在对各个图像进行相减处理时，从原始图像P0的金属片上的像素的像素值减去金属片去除图像P8的金属片的像素值(原始图像P0的金属片周边的像素的像素值)。因此，断层图像生成单元23进行用于通过参考分布图Ma而从各个原始图像P0取出金属片的相应区域来生成裁剪图像P9的金属片裁剪处理。
断层图像生成单元23的操作：金属片断层图像的生成
参考图23，断层图像生成单元23通过重叠74个裁剪图像P9来生成断层图像。为了区别图像，将此时所生成的图像称为金属片断层图像D2。金属片断层图像D2是与金属片去除断层图像D1共用切断面的断层图像。此外，通过对仅包含金属片的图像进行重叠来生成金属片断层图像D2，使得可以包含金属片的断层图像。因此，参考图23，完全不会拍摄(金属片断层图像D2的斜线区域所示的)与金属片的周边相对应的区域。因此，断层图像生成单元23执行用于通过重叠多个裁剪图像P9来生成金属片断层图像D2的金属片断层图像生成处理。
断层图像生成单元23的操作：断层图像的相加
因此，断层图像生成单元23生成两个不同系统的断层图像。参考最后的图24，断层图像生成单元23对断层图像D1、D2进行相加。为了区别图像，将此时所生成的图像称为合成断层图像D3。合成断层图像D3具有良好的视觉识别。具体地，合成断层图像D3的除金属片以外的区域源自于金属片裁剪断层图像D1，使得不会出现伪图像。然后，合成断层图像D3的金属片区域源自于金属片断层图像D2，使得像素值的可靠性高。因此，断层图像生成单元23通过对金属片裁剪断层图像D1和金属片断层图像D2进行相加来生成合成断层图像D3。在显示单元27上显示合成断层图像D3，然后实施例1的操作完成。
根据本发明的构成，可以基于该构成确实地提取原始图像中包含的金属片。也就是说，本发明的图像处理装置22生成针对构成原始图像的像素绘制了标准偏差的标准偏差图像P1，然后通过对原始图像和标准偏差图像P1进行相加或相减来生成相减图像P2，并且通过对相减图像P2进行二值化来进一步提取金属片。在该相减图像P2中，删除了原始图像的除金属片以外的区域中出现的成分的图像。因此，原始图像上例如包含白色的除金属片以外的成分不会出现在相减图像中。因此，如果添加能够在相减图像P2中提取例如包含白色的金属片的二值化处理，则可以进行正确的切图处理，使得在由此得到的图像中不会出现源自于除金属片以外的成分的图像。
本发明不限于上述结构，并且还可以实现以下的变形例。
(1)具有图像相减单元12的上述图像处理装置22包括从原始图像P0减去标准偏差图像P1所获得的相减图像P2，这是因为，在上述实施例中，对于原始图像P0，金属片m0是白色且显眼的。具体地，在金属片m0的像素相对于原始图像P0具有高的像素值的情况下，上述实施例是有效的。
在与上述实施例相反的、金属片m0表现为暗的情况下，代替图像相减单元12，采用图像相加单元是有效的。图像相加单元是用于通过对原始图像P0和标准偏差图像P1进行相加来生成相加图像的结构。在生成相加图像时，在原始图像P0的金属片m0的轮廓附近的区域以及包含除金属片以外的暗的成分的区域中对像素值进行大的相加。因此，相加图像是可以容易分开确实是金属片的区域和除金属片以外的区域的图像。在设定对相加图像进行二值化的情况下，可以获得如实施例1所述的与二值化相减图像P3相同的图像。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的图像处理装置适合于医疗领域。
附图标记说明
P1 标准偏差图像
P2 相减图像(计算图像)
P3 二值化相减图像(二值化计算图像)
P4 轮廓提取图像
11 标准偏差图像生成单元(标准偏差图像生成部件)
12 图像相减单元(图像计算部件)
13 二值化单元(计算图像二值化部件)
14 轮廓提取单元(轮廓提取部件)
15 蛇形处理单元(蛇形处理部件)
16 切图处理单元(切图处理部件)
23 断层图像生成单元(断层图像生成部件)

Claims (3)

1.一种图像处理装置，用于对包含金属片的原始图像进行图像处理，其中所述原始图像是通过对内部植入金属片的被检体进行放射线摄像而获得的，所述图像处理装置的特征在于包括：
标准偏差图像生成部件，用于通过在改变所述原始图像上的关注像素的情况下重复进行用于对所述关注像素和所述关注像素周边的像素的像素值的标准偏差进行计算的操作，来生成绘制有与构成所述原始图像的像素有关的标准偏差的标准偏差图像；
图像计算部件，用于通过对所述原始图像和所述标准偏差图像进行相加或相减来生成计算图像；
计算图像二值化部件，用于通过对所述计算图像进行二值化来生成二值化计算图像；以及
切图处理部件，用于基于所述二值化计算图像来掌握所述原始图像上的金属片的分布，获得所述原始图像的金属片区域的像素值的代表值以及除金属片以外的区域的像素值的代表值，并且通过参考各个代表值对所述原始图像进行切图处理来生成示出所述原始图像中的金属片的分布的分布图。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，还包括断层图像生成部件，所述断层图像生成部件用于执行以下处理：
金属片去除处理，用于通过参考所述分布图从针对被检体改变摄像方向的情况下连续拍摄到的各个所述原始图像中去除该原始图像中所包含的金属片，来生成金属片去除图像；
金属片去除断层图像生成处理，用于通过重叠多个所述金属片去除图像来生成金属片去除断层图像；
金属片裁剪处理，用于参考所述分布图，通过从各个所述原始图像中取出与金属片相对应的区域来生成裁剪图像；
金属片断层图像生成处理，用于通过重叠多个所述裁剪图像来生成金属片断层图像；以及
断层图像相加处理，用于通过对所述金属片去除断层图像和所述金属片断层图像进行相加来生成合成断层图像。
3.一种包括根据权利要求1或2所述的图像处理装置的放射线断层摄像装置，其中，所述放射线断层摄像装置还包括：
放射线源，用于向被检体照射放射线；
检测部件，用于检测穿过被检体的放射线；以及
图像生成部件，用于基于所述检测部件的检测信号来生成原始图像。
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