CN114612350A - 用于x射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质 - Google Patents

用于x射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于X射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质。在实施方式中，用于X射线医疗图像的自适应均衡方法包括：基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在第一直方图中确定预定个数的峰值位置；基于第一直方图及预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合区段曲线形成一限定曲线图；基于第一直方图和限定曲线图生成一第二直方图；基于第二直方图生成一查找表；以及基于查找表对X射线医疗图像进行均衡处理。本发明能够有效改善同一X射线医疗图像中不同密度组织的清晰度。

Description

用于X射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是一种用于X射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质。
背景技术
目前，X射线成像系统被广泛应用于医学检查和手术。已提出针对外科手术的C臂型X射线医疗系统，参见图1A。如图1A所示为利用影像增强器作为成像部件的C臂型X射线医疗系统，还存在利用平板探测器作为成像部件的C臂型X射线医疗系统。
然而，前述C臂型X射线医疗系统无法在一次曝光中获取曝光对象的高密度区域和低密度区域的清晰图像，密度不同的区域在所得X射线医疗图像上的成像效果存在明显的清晰度差异。低密度区域会表现得很亮，高密度区域会表现得很暗，从而难以通过直接曝光所得的X射线医疗图像分辨低密度区域和高密度区域的某些细节。
因此，需要提供相应的解决方案来解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提出了一种用于X射线医疗图像的自适应均衡方法，包括：基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在所述第一直方图中确定预定个数的峰值位置；基于所述第一直方图以及所述预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合所述区段曲线形成一限定曲线图；基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图；基于所述第二直方图生成一查找表；以及基于所述查找表对所述X射线医疗图像进行均衡处理。
其中，所述区段曲线均为下降函数。
其中，基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图包括：对所述第一直方图和所述限定曲线图进行比较，依据预设规则生成所述第二直方图。
其中，所述查找表用于表征所述X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有程序指令，所述程序指令能够被运行来实现如上所述的任一种方法。
本发明另一方面提出了一种用于X射线医疗图像的自适应均衡系统，包括：第一生成装置，用于基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在所述第一直方图中确定预定个数的峰值位置；拟合装置，用于基于所述第一直方图以及所述预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合所述区段曲线形成一限定曲线图；第二生成装置，用于基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图；第三生成装置，用于基于所述第二直方图生成一查找表；以及均衡装置，用于基于所述查找表对所述X射线医疗图像进行均衡处理。
其中，所述区段曲线均为下降函数。
其中，基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图包括：对所述第一直方图和所述限定曲线图进行比较，依据预设规则生成所述第二直方图。
其中，所述查找表用于表征所述X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
本发明提出了一种自适应直方图均衡方案，能够有效改善同一X射线医疗图像中不同密度组织的清晰度。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
图1A为现有技术中的C臂型X射线医疗系统。
图1B为利用X射线医疗系统获取的X射线医疗图像的示意图。
图2为根据本发明一实施方式的用于X射线医疗图像的自适应均衡方法的示意性流程图。
图3为根据本发明一实施方式的第一直方图的示意图。
图4为根据本发明一实施方式的限定曲线图的示意图。
图5为根据本发明一实施方式的第二直方图的示意图。
图6为根据本发明一实施方式的进行均衡处理后的X射线医疗图像的示意图。
图7为根据本发明一实施方式的用于X射线医疗图像的自适应均衡系统的示意性框图。
其中，附图标记如下：
200 方法
S210-S250 步骤
300、500 直方图
P1、P2、P3 峰值位置
400 限定曲线图
S 截止位置
700 系统
710 第一生成装置
720 拟合装置
730 第二生成装置
740 第三生成装置
750 均衡装置
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。
在本文中，“一”、“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。
本发明的申请人留意到，通过X射线医疗设备同时对密度不同的成像对象进行成像时，在X射线医疗图像中会出现清晰度不同的区域。参见图1B，图1B为利用X射线医疗系统获取的X射线医疗图像的示意图。如图所示，针对包含高密度区域和低密度区域的曝光对象来说，通过曝光直接获取的X射线医疗图像的效果并不理想。为避免硬件调整(如在X射线医疗设备的成像部件上增加滤波器件等)的繁琐和降低成本，申请人提出一种自适应均衡方法，以改善X射线医疗图像的品质，其机理在于通过自适应均衡方法，找到最适合于当前图像的均衡方法，从而有效将图像上相对较亮的区域(高亮区域)调暗，将图像上相对较暗的区域(低亮区域)调亮，提升图像整体的清晰度。
如下结合附图对本发明的原理进行示意性说明。在下面的举例说明中，以图1B所示的X射线医疗图像作为应用本发明技术方案的原图来进行示意性介绍。
首先参见图2，图2为根据本发明一实施方式的用于X射线医疗图像的自适应均衡方法的示意性流程图。在如图2所示的流程图中，用于X射线医疗图像的自适应均衡方法200包括如下步骤：
步骤S210：基于X射线医疗图像生成第一直方图并在该直方图中确定预定个数的峰值位置；
步骤S220：形成一限定曲线图；
步骤S230：基于第一直方图和限定曲线图生成一第二直方图；
步骤S240：基于第二直方图生成一查找表；以及
步骤S250：基于查找表对X射线医疗图像进行均衡处理。
在实施方式中，生成一X射线医疗图像，并对该X射线医疗图像进行相应的图像处理。在步骤S210中，基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在该第一直方图中确定预定个数的峰值位置。
结合参见图3，图3为根据本发明一实施方式的第一直方图的示意图。其中，第一直方图300是对X射线医疗图像上各像素点灰度值的反映。第一直方图300的横坐标表征X射线医疗图像上出现的各灰度值，纵坐标表示灰度为该灰度值的像素点的个数，从而通过第一直方图300可以反映X射线医疗图像的灰度值分布情况。在第一直方图300中确定预定个数的峰值位置，容易理解的是，“峰值位置”表征了X射线医疗图像的灰度值集中分布的位置。
在实施方式中，本领域的技术人员可以根据实际应用场景预定峰值位置的个数，换言之，本领域的技术人员可以预先设定在第一直方图中需要确定的峰值位置的个数。举例来说，在实际应用场景中，所确定的峰值位置的个数与X射线医疗图像中存在的密度不同的区域的个数有关。如在图1B所示的例子中，存在头颅、手部两个密度不同的区域以及背景区域，可以预先设定在第一直方图中确定三个峰值(P1、P2和P3)。如下，结合图1B所示的应用场景，以在第一直方图中确定三个峰值的情形进行举例说明，本发明不以此为限。
在实施方式中，可以根据常用应用场景的情况，预先设置默认峰值个数。在变化实施方式中，可以根据应用场景的不同，预先设置多个默认峰值个数供操作人员根据应用情况选择适用。在其他实施方式中，可以由操作人员根据应用场景设置峰值个数，本发明不以此为限。本领域的技术人员在本发明的教导下也可以进行相应调整，而不偏离本发明教导的技术内容，例如，在特定场景下，忽略背景区域的影响，从而不需要确定背景峰值的位置。
实践中，根据成像对象的不同，可能在X射线医疗图像中存在与多个密度不同对象对应的多个清晰度不同的区域，从而可以在第一直方图中确定更多或更少的峰值，不以举例说明的内容为限。
在步骤S220中，形成一限定曲线图。在实施方式中，基于第一直方图以及预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合区段曲线形成一限定曲线图。其中，通过多个峰值位置将第一直方图分为多个区段，每个区段基于第一直方图的形貌确定最适合的拟合曲线，形成区段曲线，并由多个区段曲线首尾连接，形成限定曲线图。如下，以举例说明的方式对此进行描述。
结合参见图4，图4为根据本发明一实施方式的限定曲线图的示意图。如图4所示的限定曲线图是以图1B所示的应用场景为例，在图3所示的第一直方图300基础上形成的限定曲线图400。在实施方式中，可以通过压缩各峰值位置之间的中间区域的灰度值占比范围，来更好地显示出高亮区域和低亮区域的细节内容，例如，区段曲线可以均为下降函数，而本发明不以此为限，本领域的技术人员可以根据实际需要和经验选择设置适合的函数来形成限定曲线图。举例来说，本领域的技术人员可以针对不同应用场景预设多种函数，供操作人员选择。并且，在优选实施方式中，可以将使用频次最多的函数或函数组合设定为默认函数来生成限定曲线图。换言之，示意性描述的用于X射线医疗图像的自适应均衡方法200可以基于默认函数自动生成限定曲线图，也可以由操作人员输入和/或确认函数或函数组合来形成限定曲线图。
继续结合图4的示例进行介绍，通过步骤S210中确定的三个峰值位置P1-P3，选择不同的函数形成区段曲线，其中每个函数的横坐标起始点分别为S210中确定的峰值位置P1-P3。
举例来说，小于P1位置的限定曲线图的各点处的纵坐标可以被设置为一默认值，在实施方式中，可以被设置为0，也可以被设置为其他值。其中，在大于P3位置的限定曲线图的各点处的纵坐标可以被设置为一默认值，例如可以为0，也可以被设置为其他值。
同时，可以根据需要在第一直方图中确定一截止位置S，从而在形成限定曲线图时，在限定曲线图上截止位置之后的各点处的纵坐标可以被设置一默认值，例如，可以将截止位置S及其之后的各点处的纵坐标设置为0。举例来说，截止位置可以根据第三峰值位置P3来确定，通常情况下第三峰值位置P3体现的是X射线图像上背景区域的情况，为消除X射线图像上背景区域的影响，可以选择适合的截止位置S使第三峰值位置P3落于该背景位置之后。换言之，在实施方式中，可以根据需要将X射线图像上背景位置部分的纵坐标设置为0，并基于第三峰值位置P3设置余量区域来确定截止位置S以更好地消除背景区域的影响。在其他实施方式中，截止位置S也可以省略，此时第三峰值位置P3与前述截止位置S重合。
P1和P2两个峰值之间的函数以及P2和P3两个峰值之间的函数可以分别通过如下两个下降函数Y12(X)和Y23(X)来形成区段曲线，Y12(X)＝K12/X2(其中，P1＜X＜P2，K12为预设常数)和Y23(X)＝K23/X2(其中，P2≤X＜S，K23为预设常数)，Y12(X)和Y23(X)表示区段曲线的纵坐标，X表示区段曲线的横坐标。
在变化实施方式中，可以根据需要在每个峰值位置附近设置一定的余量区域，在余量区域范围内的各点的纵坐标均与余量区域内的峰值位置的纵坐标一致。例如，在如图4所示的实施方式中，三个峰值位置P1-P3均设置有余量区域，本发明不以此为限。
以上通过举例说明的方式介绍了如何基于第一直方图300生成限定曲线图400，本领域的技术人员可以根据需要选择不同的函数来形成区段曲线并形成限定曲线图，不以上述内容为限。
接下来，在步骤S230中，基于第一直方图300和限定曲线图400生成一第二直方图。结合参见图5，图5为根据本发明一实施方式的第二直方图的示意图。在实施方式中，对第一直方图300和限定曲线图400进行比较，依据预设规则生成第二直方图。例如，可以根据如下规则生成第二直方图500，即对于第二直方图500上的每个横坐标，比较第一直方图300和限定曲线图400上对应横坐标位置的纵坐标大小，取两者纵坐标较小值确定第二直方图上的对应横坐标位置的纵坐标。换言之，通过前述比较方式，可以产生限定后直方图，即第二直方图500。
在步骤S240中，基于第二直方图生成一查找表LUT(Lookup Table)。其中，查找表用于表征X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
在步骤S250中，基于查找表对X射线医疗图像进行均衡处理。结合参见图6，图6为根据本发明一实施方式的进行均衡处理后的X射线医疗图像的示意图。在实施方式中，可以通过灰度值映射的方式将查找表应用到如图1B所示的X射线医疗图像。同时，为使得所得图像显示效果更为清晰，还可以结合应用各种非线性运算，如伽马校正等，基于查找表对如图1B所示的X射线医疗图像进行均衡处理，本发明在此不进行展开描述。
如上所述的多种用于X射线医疗图像的自适应均衡系统可以用于各种X射线医疗成像系统，例如，C臂型X射线医疗成像系统，本发明不以此为限。
本发明还提供一种用于X射线医疗图像的自适应均衡系统。如下参见图7，对用于X射线医疗图像的自适应均衡系统进行举例说明，与前述结合附图描述的用于X射线医疗图像的自适应均衡方法相似的内容进行省略或只进行简略描述。
参见图7，图7为根据本发明一实施方式的用于X射线医疗图像的自适应均衡系统的示意性框图。如图7所示，用于X射线医疗图像的自适应均衡系统700包括：一第一生成装置710、一拟合装置720、一第二生成装置730、一第三生成装置740以及一均衡装置750。其中，第一生成装置710用于基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在所述第一直方图中确定预定个数的峰值位置，拟合装置720用于基于第一直方图以及预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合区段曲线形成一限定曲线图，第二生成装置730用于基于第一直方图和限定曲线图生成一第二直方图，第三生成装置740用于基于第二直方图生成一查找表，均衡装置750用于基于查找表对X射线医疗图像进行均衡处理。
在实施方式中，区段曲线可以均为下降函数。
在实施方式中，基于第一直方图和限定曲线图生成一第二直方图包括：对第一直方图和限定曲线图进行比较，依据预设规则生成第二直方图。
在实施方式中，查找表用于表征X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有程序指令，所述程序指令能够被运行来实现如上所述的任一种方法。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施方式中任一实施方式的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施方式中任何一项实施方式的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施方式中任意一项实施方式的功能。
本发明涉及一种用于X射线医疗图像的自适应均衡方法和系统及存储介质。在实施方式中，用于X射线医疗图像的自适应均衡方法包括：基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在第一直方图中确定预定个数的峰值位置；基于第一直方图及预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合区段曲线形成一限定曲线图；基于第一直方图和限定曲线图生成一第二直方图；基于第二直方图生成一查找表；以及基于查找表对X射线医疗图像进行均衡处理。本发明能够有效改善同一X射线医疗图像中不同密度组织的清晰度。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展单元中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展单元上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施方式中任一实施方式的功能。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于X射线医疗图像的自适应均衡方法，包括：
基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在所述第一直方图中确定预定个数的峰值位置；
基于所述第一直方图以及所述预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合所述区段曲线形成一限定曲线图；
基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图；
基于所述第二直方图生成一查找表；以及
基于所述查找表对所述X射线医疗图像进行均衡处理。
2.根据权利要求1所述的用于X射线医疗图像的均衡方法，其中，所述区段曲线均为下降函数。
3.根据权利要求1所述的用于X射线医疗图像的均衡方法，其中，基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图包括：
对所述第一直方图和所述限定曲线图进行比较，依据预设规则生成所述第二直方图。
4.根据权利要求1所述的用于X射线医疗图像的均衡方法，其中，所述查找表用于表征所述X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
5.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有程序指令，所述程序指令能够被运行来实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
6.一种用于X射线医疗图像的自适应均衡系统，包括：
一第一生成装置，用于基于X射线医疗图像生成一第一直方图并在所述第一直方图中确定预定个数的峰值位置；
一拟合装置，用于基于所述第一直方图以及所述预定个数的峰值位置拟合对应数量的区段曲线，并依次组合所述区段曲线形成一限定曲线图；
一第二生成装置，用于基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图；
一第三生成装置，用于基于所述第二直方图生成一查找表；以及
一均衡装置，用于基于所述查找表对所述X射线医疗图像进行均衡处理。
7.根据权利要求6所述的用于X射线医疗图像的均衡系统，其中，所述区段曲线均为下降函数。
8.根据权利要求6所述的用于X射线医疗图像的均衡系统，其中，基于所述第一直方图和所述限定曲线图生成一第二直方图包括：
对所述第一直方图和所述限定曲线图进行比较，依据预设规则生成所述第二直方图。
9.根据权利要求6所述的用于X射线医疗图像的均衡系统，其中，所述查找表用于表征所述X射线医疗图像上各灰度值对应的均衡后目标灰度值。
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