CN107203983B - 用于减少x射线图像中的栅线伪影的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法，其包括：通过扫描物体获取X射线图像，其中，所述X射线图像包括栅线伪影；将所述X射线图像分解成高频图像和低频图像，其中，所述高频图像中包括所述栅线伪影；对所述高频图像进行过滤以减少在所述高频图像中的所述栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像；以及，将所述过滤后的高频图像与所述低频图像进行结合，从而重构输出图像。本发明还公开了使用上述方法的系统。
Description
技术领域
本发明大体涉及图像处理技术，尤其涉及一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法及系统。
背景技术
在现有的X射线图像系统中，从X射线源发射的X射线能够穿透物体而被成像，并且，X射线的初级线束能够射到数字图像探测器上，从而形成数字放射显影成像中的投影图像。然而，当初级线束穿过物体时会产生散射的线束，这些散射的线束可能会降低图像对比度，并且，劣化图像质量。为了去除这些不期望的散射的线束，通常会在X射线源与图像探测器之间使用防散射栅格阵列。现有的防散射栅格阵列是由交替的条纹构成，这些条纹由例如铝或碳的X射线透射材料及例如铅的X射线吸收材料制成。防散射栅格阵列会优先地透射X射线的初级线束并吸收散射的线束。然而，由于X射线吸收材料的栅格图案，防散射栅格阵列会在图像探测器上投掷阴影，并且因此会在X射线图像中形成可见伪影，通常被称为栅线伪影。
因此，有必要从X射线图像中去除或减少栅线伪影，从而来提高图像质量。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法。所述方法包括：通过扫描物体获取X射线图像，其中，所述X射线图像包括栅线伪影；将所述X射线图像分解成高频图像和低频图像，其中，所述高频图像中包括所述栅线伪影；对所述高频图像进行过滤以减少在所述高频图像中的所述栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像；以及，将所述过滤后的高频图像与所述低频图像进行结合，从而重构输出图像。
本发明的另一个方面在于提供一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的系统。所述系统包括图像获取装置及处理器。所述图像获取装置用于对物体进行扫描以获取X射线图像，所述X射线图像包括栅线伪影。所述处理器包括图像分解模块、过滤模块及图像重构模块。所述图像分解模块用于将所述X射线图像分解成高频图像和低频图像，其中，所述高频图像中包括栅线伪影。所述过滤模块用于对所述高频图像进行过滤以减少在所述高频图像中的所述栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像。所述图像重构模块用于将所述过滤后的高频图像与所述低频图像进行结合，从而重构输出图像。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的栅线伪影的示意性系统的示意性框图；
图2是在图1的计算机的处理器中执行的模块的一个具体实施方式的示意性框图；
图3是在图1的计算机的处理器中执行的模块的另一个具体实施方式的示意性框图；
图4是图2和图3中的图像分解模块的一个具体实施方式的示意图；
图5是图2和图3中的图像分解模块的另一个具体实施方式的示意图；
图6示出包括栅线伪影的X射线图像；
图7示出从图6的X射线图像中分解出来的低频图像；
图8示出从图6的X射线图像中分解出来的高频图像；
图9示出带有识别出的强边的高频图像；
图10示出抑制后的高频图像，其中，强边被抑制；
图11示出图9中的带有识别出的强边的高频图像和图10中的抑制后的高频图像之间的图像差；
图12示出从图10过滤后的高频图像；
图13示出结合图7中的低频图像、图11中的图像差以及图12中的过滤后的高频图像的输出图像；
图14是根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的栅线伪影的示意性方法的流程图；
图15示出如何在图8的高频图像中识别出强边的步骤；以及
图16示出如何从图8的高频图像中分离出强边信息的步骤。
具体实施方式
为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
图1示出根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的栅线伪影的示意性系统100的示意图。如图1所示，示意性系统100可以包括图像获取装置1以及具有处理器20的计算机2。图像获取装置1可以对物体200，例如患者的头部进行扫描以获取X射线图像II。在一个具体实施方式中，图像获取装置1可以包括X射线源10和探测器阵列12。从X射线源10发射出的X射线穿过物体200入射到探测器阵列12上，从而产生X射线图像II。X射线图像II中具有栅线伪影。例如，这些栅线伪影可能是由于设置在物体200与探测器阵列12之间的防散射栅格阵列14所引起。图6示出包括栅线伪影的X射线图像II。处理器20可以对X射线图像II进行处理以减少或消除在X射线图像II中的栅线伪影，从而产生输出图像Io。系统100还可以包括显示器8。输出图像Io可以显示在显示器8上以供操作者观察。
图2示出在处理器20中执行的模块的一个具体实施方式的示意性框图。应当理解的是，以下所提到的在处理器20中的执行模块可能是虚拟模块，这些执行模块在真实的系统100中未必是真实存在的。如图2所示，处理器20可以包括图像分解模块3、过滤模块4以及图像重构模块5。图像分解模块3可以与图像获取装置1连接。图像分解模块3可以接收从图像获取装置1输出的X射线图像II，并且，能够将X射线图像I I分解成高频图像Ihf和低频图像Ilf。高频图像Ihf中可以包括栅线伪影。图7和图8分别示出低频图像Ilf和包括栅线伪影的高频图像Ihf。
高频图像Ihf和低频图像Ilf的频率选择可能与栅线伪影的频率和图像像素大小有关。例如，对于70lp/cm(线对/厘米)的栅线伪影以及100μm(微米)的图像像素大小，可以将小于25lp/cm选择作为低频，而将大于25lp/cm选择作为高频。
参照图4，在一个具体实施方式中，图像分解模块2可以包括高通滤波器31和减法器33。高通滤波器31可以接收来自图像获取装置1的X射线图像II，并对X射线图像II进行过滤，从而获得高频图像Ihf。减法器33可以接收来自图像获取装置1的X射线图像II以及从高通滤波器31输出的高频图像Ihf，并从X射线图像II中减去高频图像Ihf，从而输出低频图像I1f。因此，通过包括高通滤波器31的图像分解模块3可以将X射线图像II分解成高频图像Ihf和低频图像Ilf。
参照图5，在另一个具体实施方式中，图像分解模块3可以包括低通滤波器32和减法器33。低通滤波器32可以接收来自图像获取装置1的X射线图像II，并对X射线图像II进行过滤，从而获得低频图像I1f。减法器33可以接收来自图像获取装置1的X射线图像II以及从低通滤波器32输出的低频图像I1f，并从X射线图像II中减去低频图像I1f，从而输出高频图像Ihf。因此，通过包括低通滤波器32的图像分解模块3也可以将X射线图像II分解成高频图像Ihf和低频图像I1f。
继续参照图2，过滤模块4可以对高频图像Ihf进行过滤，以减少在高频图像Ihf中的栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像Ifi1t。过滤模块4可以包括傅立叶变换模块41、带阻滤波器42以及逆傅立叶变换模块43。带阻滤波器42可以连接在傅立叶变换模块41和逆傅立叶变换模块43之间。傅立叶变换模块41可以对包括栅线伪影的高频图像执行傅立叶变换以将空间域的包括栅线伪影的高频图像转换成频率域，从而获得频谱。可以根据该频谱上的栅线伪影的频率峰值及分布来确定带阻滤波器42的中心频率和带宽。然后，可以对频率域的包括栅线伪影的高频图像施加具有确定出的中心频率和带宽的带阻滤波器42，从而对栅线伪影的频率范围进行抑制。因此，能够从频率域的高频图像中减少或者甚至消除栅线伪影，从而获得频率域的过滤后的高频图像。最后，逆傅立叶变换模块43可以对频率域的过滤后的高频图像执行逆傅立叶变换，并将频率域的过滤后的高频图像转换回空间域。
图像重构模块5可以接收由过滤模块4过滤后的高频图像Ifi1t及来自图像分解模块2的低频图像I1f，并且，将过滤后的高频图像Ifi1t与低频图像Ilf进行结合，从而重构输出图像Io。
图3示出在处理器20中执行的模块的另一个具体实施方式的示意性框图。如图3所示，除了包括图2中的模块，处理器20还可以包括识别模块6和分离模块7。识别模块6可以在图8所示的高频图像Ihf中识别出强边，例如骨头(例如头骨边界)或者金属。图9示出带有识别出的强边的高频图像Iiden。本文中所使用的强边可以被定义为其强度(灰度或色度)值发生突变的一组连续的像素区域。通常，边可以与梯度相关联，并且，强边意味着高梯度区域。
作为一个示例，识别模块6可以将高频图像Ihf中的各个像素的幅值与预定的幅值阈值进行比较，并且，选择出其幅值高于预定的幅值阈值的像素区域作为强边。
此外，考虑到在X射线图像II上的探测器阵列12的故障探测器单元的影响，识别模块6可以进一步地判断高于预定的幅值阈值的像素区域是否是连续的，并且，将连续的像素区域视作为强边。
在由识别模块6识别出强边之后，分离模块7可以从高频图像中分离出强边的信息，并且因此能够获得分离后的高频图像。在这种情况下，过滤模块4能够对分离后的高频图像进行过滤，从而减少栅线伪影，并且，图像重构模块5还可以在过滤后的高频图像Ifilt中将强边的信息恢复。
分离模块7可以包括抑制模块71和差异图像获取模块72。抑制模块71可以将强边抑制到较低的幅值，从而获得抑制后的高频图像Isupp(如图10所示)。抑制模块71的抑制的增益可以大于0.9。例如，抑制的增益可以为0.95。抑制过程的目的是为了从高频图像中分离出强边的信息，从而获得分离后的高频图像，并且，减少强边在高频图像的后续过滤过程中的影响。差异图像获取模块72可以接收图9所示的带有识别出的强边的高频图像Iiden及图10所示的抑制后的高频图像Isupp，并且，获得并存储图9所示的带有识别出的强边的高频图像Iiden与图10所示的抑制后的高频图像Isupp之间的图像差IDiff(如图11所示)。图11所示的图像差IDiff可以代表强边的信息。
因此，过滤模块4可以对图10所示的抑制后的高频图像Isupp进行过滤，从而获得过滤后的高频图像Ifilt(如图12所示)。图像重构模块5可以接收来自图像分解模块2的如图7所示的低频图像Ilf、来自差异图像获取模块72的如图11所示的存储的图像差IDiff以及来自过滤模块4的如图12所示的过滤后的高频图像Ifilt，并且，将图7所示的低频图像Ilf、图11所示的图像差IDiff及图12所示的过滤后的高频图像Ifilt进行结合，从而重构输出图像Io(如图13所示)。在图像重构的过程中，图像重构模块5还可以将存储的图像差IDiff增加到过滤后的高频图像Ifilt中。从而，可以在过滤后的高频图像Ifilt中将强边的信息恢复，这将会有利于增强系统100的可观测性以及诊断能力。
系统100能够有效地减少输出图像Io中的栅线伪影，并且能够避免由于强度非连续性而在强边附近所引起的其他振铃效应。因此，系统100能够提高输出图像Io的可观测性及临床诊断的准确度。
本发明还提供了一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法。图14示出根据本发明的一个具体实施方式的用于减少X射线图像中的栅线伪影的示意性方法的流程图。
在图14所示的步骤B141中，可以通过扫描物体200来获取包括栅线伪影的X射线图像II(如图6所示)。在一个具体实施方式中，通过从X射线源10发射出的X射线穿过物体200入射到探测器阵列12上，可以产生X射线图像II。这些栅线伪影例如可能是由于设置在物体200与探测器阵列12之间的防散射栅格阵列14所引起的。
在步骤B142中，可以将X射线图像II分解成高频图像Ihf(如图8所示)和低频图像I1f(如图7所示)。图8所示的高频图像Ihf可以包括栅线伪影。在一个具体实施方式中，可以通过对X射线图像II施加高通滤波器31先获得高频图像Ihf，然后，通过从X射线图像II中减去高频图像Ihf而获得低频图像I1f。在另一个具体实施方式中，可以通过对X射线图像II施加低通滤波器32先获得低频图像I1f，然后，通过从X射线图像II中减去低频图像I1f而获得高频图像Ihf。
在步骤B143中，可以对包括栅线伪影的高频图像Ihf进行过滤以减少栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像Ifilt(如图12所示)。在一种实现方式中，可以先执行傅立叶变换以将空间域的高频图像转换成频率域。然后，可以通过使用带阻滤波器42对频率域的高频图像进行过滤，从而减少栅线伪影。最后，可以再执行逆傅立叶变换以将频率域的过滤后的高频图像转换回空间域。
在一个具体实施方式中，为了减少强边在高频图像Ihf的过滤过程中的影响，在步骤B143中的对高频图像进行过滤还可以包括：在高频图像Ihf中识别出强边；从高频图像中分离出强边的信息；以及，对分离后的高频图像进行过滤以减少栅线伪影。
以下，将结合图15详细描述如何在图8的高频图像Ihf中识别出强边。
在步骤B151中，可以将高频图像Ihf中的各个像素的幅值与预定的幅值阈值进行比较。
在步骤B152中，可以选择出其幅值高于预定的幅值阈值的像素区域。可以将高于预定的幅值阈值的像素区域视作为强边。
在一个可选的具体实施方式中，识别强边的步骤还可以在步骤B152之后包括可选的步骤B153，以便于排除在X射线图像II上的故障探测器单元的影响。在可选的步骤B153中，可以进一步地判断高于预定的幅值阈值的像素区域是否是连续的？如果是，则过程可以前进到步骤B154。
在步骤B154中，可以选择出连续的像素区域，并且，可以将连续的像素区域视作为强边。
在高频图像中识别出强边之后，有必要从高频图像中分离出强边的信息。以下，将结合图16详细描述如何从高频图像中分离出强边的信息。
在步骤B161中，例如参照步骤B151至步骤B154可以获得图9所示的带有识别出的强边的高频图像Iiden。
在步骤B162中，可以将识别出的强边抑制到较低的幅值，从而获得抑制后的高频图像Isupp(如图10所示)。
在步骤B163中，可以获得并存储图9所示的带有识别出的强边的高频图像Iiden与图10所示的抑制后的高频图像Isupp之间的图像差IDiff(如图11所示)。图11所示的图像差IDiff可以代表强边的信息。
因此，对分离后的高频图像进行过滤的步骤可以包括：对图10所示的抑制后的高频图像Isupp进行过滤，从而获得如图12所示的过滤后的高频图像Ifilt。
返回参照图14，在步骤B144中，将图12所示的过滤后的高频图像Ifilt与图7所示的低频图像Ilf进行结合，从而重构输出图像Io(如图13所示)。在包括分离出强边的信息的具体实施方式中，在步骤B144中的重构输出图像Io的步骤还可以包括：通过将在步骤B163中的图11所示的存储的图像差IDiff增加到图12所示的过滤后的高频图像Ifilt中，而在过滤后的高频图像Ifilt中将强边的信息恢复。
该方法能够有效地减少输出图像Io中的栅线伪影，并且能够避免由于强度非连续性而在强边附近所引起的其他振铃效应。因此，该方法能够提高输出图像Io的可观测性及临床诊断的准确度。
尽管根据本发明的具体实施方式的用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法的动作被示出为功能块，但是，在图14至图16中所示的各个功能块的顺序和各个功能块之间的动作的分离并不意图是限制性的。例如，可以以不同的顺序来执行各个功能块，并且，与一个功能块相关联的动作可以与一个或者多个其它功能块相结合或者可以被细分成多个功能块。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
Claims (13)
1.一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的方法，其包括：
通过扫描物体获取X射线图像，其中，所述X射线图像包括栅线伪影；
将所述X射线图像分解成高频图像和低频图像，其中，所述高频图像中包括所述栅线伪影；
在所述高频图像上识别和分离出强边的信息；
对分离后的高频图像进行过滤以减少在所述高频图像中的所述栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像；及
将所述过滤后的高频图像与所述低频图像进行结合，从而重构输出图像；
其中，从所述高频图像中分离出所述强边的信息包括：
将所述强边抑制到较低的幅值，从而获得抑制后的高频图像；及
获得并存储所述带有识别出的强边的高频图像与所述抑制后的高频图像之间的图像差，并且，
其中，对所述分离后的高频图像进行过滤包括：对所述抑制后的高频图像进行过滤以获得所述过滤后的高频图像；
重构输出图像包括将所述图像查增加至所述过滤后的高频图像中，从而在过滤后的高频图像中将强边信息恢复。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述X射线图像分解成所述高频图像和所述低频图像包括：
对所述X射线图像施加高通滤波器，从而获得所述高频图像；及
从所述X射线图像中减去所述高频图像，从而获得所述低频图像。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述X射线图像分解成所述高频图像和所述低频图像包括：
对所述X射线图像施加低通滤波器，从而获得所述低频图像；及
从所述X射线图像中减去所述低频图像，从而获得所述高频图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述高频图像进行过滤包括：
在所述高频图像中识别出强边；
从所述高频图像中分离出所述强边的信息；及
对分离后的高频图像进行过滤以减少所述栅线伪影，从而获得所述过滤后的高频图像，并且
其中，重构所述输出图像还包括：在所述过滤后的高频图像中将所述强边的信息恢复。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述过滤后的高频图像中将所述强边的信息恢复包括：将所述存储的图像差增加到所述过滤后的高频图像中。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，识别出所述强边包括：
将所述高频图像中的各个像素的幅值与预定的幅值阈值进行比较；及
将其幅值高于所述预定的幅值阈值的像素区域视作为所述强边。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，识别出所述强边还包括：
判断高于所述预定的幅值阈值的所述像素区域是否是连续的；及
将连续的像素区域视作为所述强边。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述分离后的高频图像进行过滤以减少所述栅线伪影包括：
执行傅立叶变换以将空间域的高频图像转换成频率域；
对所述频率域的高频图像施加带阻滤波器，从而减少所述栅线伪影；及
执行逆傅立叶变换以将所述频率域的过滤后的高频图像转换回所述空间域。
9.一种用于减少X射线图像中的栅线伪影的系统，其包括：
图像获取装置，其用于对物体进行扫描以获取X射线图像，所述X射线图像包括栅线伪影；及
处理器，其包括：
图像分解模块，其用于将所述X射线图像分解成高频图像和低频图像，其中，所述高频图像中包括栅线伪影；
识别模块，其用于在所述高频图像中识别出强边；及
分离模块，其用于从所述高频图像中分离出所述强边的信息；
过滤模块，其用于对所述分离后的高频图像进行过滤以减少在所述高频图像中的所述栅线伪影，从而获得过滤后的高频图像；及
图像重构模块，其用于将所述过滤后的高频图像与所述低频图像进行结合，从而重构输出图像；
其中，所述分离模块包括：
抑制模块，其用于将所述强边抑制到较低的幅值，从而获得抑制后的高频图像；及
差异图像获取模块，其用于获得并存储所述带有识别出的强边的高频图像与所述抑制后的高频图像之间的图像差，并且，
其中，所述过滤模块对所述抑制后的高频图像进行过滤以获得所述过滤后的高频图像；
所述图像重构模块将所述图像查增加至所述过滤后的高频图像中，从而在过滤后的高频图像中将强边信息恢复。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述处理器还包括：
识别模块，其用于在所述高频图像中识别出强边；及
分离模块，其用于从所述高频图像中分离出所述强边的信息，
其中，所述过滤模块对所述分离后的高频图像进行过滤以减少所述栅线伪影，从而获得所述过滤后的高频图像，并且，所述图像重构模块还用于在所述过滤后的高频图像中将所述强边的信息恢复。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述图像重构模块还用于将所述存储的图像差增加到所述过滤后的高频图像中。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述识别模块用于：
将所述高频图像中的各个像素的幅值与预定的幅值阈值进行比较；及
将其幅值高于所述预定的幅值阈值的像素区域视作为所述强边。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述识别模块还用于：
判断高于所述预定的幅值阈值的所述像素区域是否是连续的；及
将连续的像素区域视作为所述强边。
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