CN1278650C - X射线图像处理装置及x射线图像处理方法 - Google Patents

X射线图像处理装置及x射线图像处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种X射线图像处理装置及方法，在将分离摄影的多张X射线图像粘贴起来生成一个连续图像时，可调整各图像间的显示灰度差，生成显示灰度相对均一的连续图像，本发明提出的X射线图像处理装置及方法，根据保存在存储器中、沿被检测体体轴方向的、连续且部分重叠的多张X射线图像数据的重叠端的像素值，计算指标值，再将多张X射线图像的像素值变换为显示灰度，使得与计算出的重叠部分的指标值对应的显示灰度相对均一化，通过将这些变换显示灰度后的多张X射线图像粘贴起来形成连续图像，从而减轻X射线血管造影检查等生成连续图像的作业负担。

Description

X射线图像处理装置及X射线图像处理方法
技术领域
本发明涉及一种将沿被检测体长轴拍摄的、连续的多张X射线图像的端部粘贴在一起，形成一张连续图像的X射线图像处理装置及X射线图像处理方法，特别涉及一种消除显示灰度(像素浓度)不同的、连续多张X射线图像的各个图像粘贴端的显示灰度差，生成显示灰度相对均匀的连续图像的X射线图像处理装置及X射线图像处理方法。
背景技术
用于工业及医疗诊断的X射线图像处理装置，是由X射线管向被检测体如患者发射X射线，对着X射线管设置的X射线检测器将透过被检测体的X射线信息转换成模拟电信号。通过该装置的X射线图像处理装置内部的模数(AD)转换器，检测器输出的电信号被转换成数字图像信息，可用于各种图像处理。处理过的数字图像信息可作为X射线浓差图像显示在监视器上，或用激光成像装置打印在胶片上。另外经图像处理过的数字信息既可保存在该装置的内部存储介质或外部存储介质上使用，也可通过网络把数字图像信息从该图像处理装置传送到外部机器。
X射线图像处理装置一般用框架把构成X射线发生装置的X射线管、X射线光阑、及安装在对面的检测器连接起来联动工作。检查室天花板上的轨道或床边框架上的轨道可移动地支撑连动框架，可以在不移动被检测体的情况下，移动式地对从上至下大范围的部位进行X射线拍摄。
移动X射线图像处理装置的X射线发生装置和检测器对，对大范围部位进行拍摄的用途之一是利用X射线图像诊断处理装置的下肢血管造影检查。为进行这类诊断，需要在患者腹部直到脚尖的大范围内注入造影剂进行X射线拍摄。现在还没有装置通过一次X射线拍摄就能检测这样大范围的整个区域。因此为避免给患者造成过大负担，通常采用分割拍摄法，即只从导管向患者腹部注入一次造影剂，边追踪注入的造影剂随着腹部大动脉的血液由腹部流向脚尖的痕迹，边将整个拍摄区域分成若干块进行拍摄。
分割摄影法包括分步法(stepping)和造影剂跟踪法(boluschase)。分步法(stepping)是断断续续地反复执行拍摄、移动、停止动作，即如果X射线拍摄在某个位置结束，那么X射线发生装置和检测器对会先于造影剂的流动移动并停止在下一个拍摄位置，造影剂到达时则在该位置拍摄，而后再次快速移动到下一个拍摄位置。而造影剂跟踪法(bolus chase)则是使X射线发生装置和检测器对随时跟踪造影剂的流动进行移动，在移动过程中反复进行X射线拍摄的方法。下肢血管造影检查就是将根据上述分割摄影法得到的多张X射线图像粘贴在一起，使用一次显示腹部到脚尖整个区域血管的长尺度X射线图像。
在这类下肢血管造影检查的X射线拍摄范围内，患者的体厚、骨骼等会引起透过X射线量发生变化，另外还会检测出无法穿透身体的直接X射线，因此检测器检测到的X射线量会有很大变化。于是必须要改变每个分割摄影部位上的X射线量。但是改变X射线量后得到的多张X射线图像间会产生像素值的散乱。如果将这种浓度不一致的多张图像粘贴在一起，就会形成图像浓度不一致、缺乏连续性的连续图像，这种图像的缺点在于难以诊断。特别是采用作为分割摄影法之一的造影剂跟踪法(bolus chase)时，为使移动拍摄时不产生模糊不清，必须在短时间内拍摄。由于短时间内的X射线量控制越发困难，所以多个图像间的像素值变化也会加大。因而粘贴生成的连续图像的浓度散乱增大，诊断变得更加困难。
因此为得到便于诊断的连续图像，必须消除粘贴的多张X射线图像间的浓度差，使得连续图像光滑连接，看起来象一张图像一样。也就是说当图像间的浓度差很大时，手动调整每个图像的灰度，使两个图像显示浓度一致的工作十分重要。但是因为下肢血管造影检查的分割拍摄中拍摄的图像张数多，所以会有如下缺点：手工调整显示浓度会增加操作者的负担，同时单个患者检查时间内的处理能力也会降低。
发明内容
本发明提供一种弥补上述不足、具备调整显示浓度差功能的X射线图像处理装置及X射线图像处理方法，当将显示灰度(像素浓度)不同的连续多张X射线图像粘贴成一张连续图像时，可以消除相邻图像间的浓度差，使粘贴端平滑连接。
本发明提出的一种X射线图像处理装置，利用多个沿被检测体的长轴方向连续且连接方向端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度均一化处理，以生成连续图像，其特征在于，包括：存储器，存储上述多个X射线图像数据；关心区域设定部，用于设定在与从上述存储器中读出的X射线图像数据的基准图像邻接的邻接图像的各重叠部分中包围同一个检查部位的关心区域；指标值计算部，用于根据上述设定的关心区域内的多个象素值来计算该邻接图像数据的指标值；灰度计算部，用于计算与上述指标值对应的该邻接图像数据的显示灰度；灰度处理部，用于将上述多个X射线图像数据的像素值变换成上述计算出的显示灰度，以使上述计算出的该邻接图像数据的显示灰度实质上一致；以及连续粘贴处理部，用于将具有上述变换后的显示灰度的上述多个X射线图像数据粘贴在一起，以生成灰度相对均匀的连续图像。
本发明提出的另外一种X射线图像处理装置，利用多个沿被检测体的长轴方向连续且连接方向端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度均一化处理，以生成连续图像，其特征在于，包括：存储器，存储上述多个X射线图像数据；关心区域设定部，用于设定使上述多个X射线图像数据的整个图像纵剖的像素值剖面测定用关心区域；剖面生成部，用于生成上述设定的测定用关心区域内的像素值剖面；灰度处理部，用于依次变换与上述多个X射线图像的像素值剖面相对应的显示灰度，以使和上述多个X射线图像数据中的基准图像的像素值剖面相对应的显示灰度与和邻接于基准图像的邻接图像的像素值剖面相对应的显示灰度连续地相接；以及连续图像处理部，用于将经上述灰度变换的多个X射线图像数据粘贴在一起生成连续图像。
本发明另外还提出一种由X射线摄像装置和图像处理装置组成的X射线图像处理装置，X射线摄像装置沿被检测体的长轴连续移动，同时进行分割拍摄使得只在相邻图像的端部重叠，从而获得多张X射线图像，图像处理装置对上述X射线摄像装置得到的多张X射线图像的各个重叠部分进行连接处理，生成连续图像，上述图像处理装置由图像存储器、连续图像处理部分、灰度处理部分组成，图像存储器保存上述只在端部重叠的多张X射线图像数据；连续图像处理部分将上述多张X射线图像粘贴起来生成连续图像；灰度处理部分将上述连续图像的像素值变换成显示灰度。上述连续图像处理部分对上述重叠部分的2张X射线图像的像素值进行加权计算，且使加权系数呈空间变化。
本发明提出的X射线图像处理方法是利用多个沿被检测体的长轴方向连续的、且连接端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度的均一化处理，生成连续图像，其特征在于，包括步骤：将上述多个X射线图像数据保存在存储器中；设定在与从上述存储器中读出的X射线图像数据的基准图像邻接的邻接图像的各重叠部分中，包围同一个检查部位的关心区域；依据上述设定的关心区域中的多个象素值，计算该邻接图像数据的指标值；计算与上述指标值对应的该邻接图像数据的显示灰度；将上述多个X射线图像数据的像素值变换成上述计算出的显示灰度，以使得上述计算出的该邻接图像数据的显示灰度实质上一致；以及将显示灰度经上述变换后的上述多个X射线图像数据粘贴起来，生成灰度相对均匀的连续图像。
本发明提出的另外一种X射线图像处理方法，利用多个沿被检测体的长轴方向连续、且连接端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示浓度的均一化处理，生成连续图像，其特征在于，包括如下步骤：将上述多个X射线图像的数据保存在存储器中；设定使上述多个X射线图像数据的整个图像纵剖的像素值剖面测定用关心区域；生成上述设定的测定用关心区域内的像素值剖面；依次变换与上述多个X射线图像的上述像素值剖面对应的显示灰度，以使和上述多个X射线图像数据中的基准图像的像素值剖面对应的显示灰度与和邻接于上述基准图像的邻接图像的像素值剖面对应的显示灰度连续一致；以及将经上述显示灰度变换的多个X射线图像数据粘贴起来生成连续图像。
本发明另外还提出一种X射线图像处理装置及方法，其特征在于：数字图像处理部分处理多张沿被检测体的长轴方向连续、且部分重叠的多张X射线图像的数字数据，将上述多张X射线图像粘贴起来生成连续图像的同时，对相邻图像的重叠部分的像素值进行加权计算，且使加权系数呈空间变化。
附图说明
图1是作为本发明提出的X射线图像处理装置的实施例子之一的、代表数字X射线诊断装置的构成的功能方框图。
图2说明了使用图1所示的数字X射线诊断装置，在不移动被检测体的前提下得到多张X射线图像的方法。
图3A至图3E说明了数字X射线诊断装置进行下肢血管造影检查时得到多张X射线图像的方法。
图4是分步法(stepping)得到用于下肢血管造影检查的多张连续X射线图像的动作说明。
图5是造影剂跟踪法(bolus chase)得到用于下肢血管造影检查的多张连续X射线图像的动作说明。
图6是将分步法(stepping)或造影剂跟踪法(bolus chase)得到的多张连续X射线图像粘贴在一起形成的用于下肢血管造影检查的连续图像。
图7所示是生成图6所示的一例连续图像的数字图像处理装置的功能方框图。
图8说明了通过部分重叠进行连续图像粘贴的处理方法。
图9说明了单纯通过粘贴进行连续图像粘贴的处理方法。
图10所示是说明一例数字图像处理装置18进行连续图像粘贴的处理顺序的流程图。
图11说明了连续图像的重叠区域内，各关心区域ROI内的像素平均值的计算方法(图10的S4步)。
图12说明了一例基于计算出的像素平均值，使显示灰度一致而偏移图像的γ函数的方法(图10的S5步)。
图13是另外一个使连续图像的显示灰度一致的实施例子。
图14说明了另外一例使显示灰度一致而偏移图像的γ函数的方法(图10的S5步)。
图15在概念上说明了一例通过平均像素值的灰度计算，对多张连续图像的灰度进行均一化处理的方法。
图16所示是说明另外一例数字图像处理装置18进行连续图像粘贴的处理顺序的流程图。
图17所示是利用图16的连续图像粘贴处理法，设定纵断整个连续图像关心区域ROI(S24步)的例子。
图18所示是一个利用图16的连续图像粘贴处理法生成的像素值断面(S25步)的例子。
图19所示是一例偏移图像的γ函数，使得与像素值断面对应的显示灰度断面连续的方法。
图20所示是另外一例利用图16的连续图像粘贴处理法，设定测定像素值断面的ROI。
图21所示是一个构成数字图像处理装置的实施例子。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明及其方法。X射线图像处理装置在用于工业或医疗上检测被检测体时，两者的结构基本一致。即本发明提出的X射线图像处理装置及其方法适用于工业及医疗两种场合。为简化说明，下面的说明以医疗用X射线图像处理装置，特别是数字X射线图像诊断装置为例。
如图1所示，数字X射线图像诊断装置1由获取X射线图像的X射线图像检测装置10和对X射线图像进行处理的数字图像处理装置100构成。X射线图像检测装置10由X射线管11、X射线源112、X射线检测器14构成，X射线管11带有X射线照射窗，X射线源112带有用于限制X射线管11的X射线照射范围的、安装在X射线照射窗上的X射线光阑12。X射线检测器14检测穿过放置在床边托板13上的患者(被检测体)P的照射X射线。
一对X射线源112和X射线检测器14安装在コ字形的联动框架15的两端，可在从托板13上的患者(被检测体)P的头顶直到脚尖的范围连续移动。X射线检测器14包括组合图像增强器(I.I.)和照相机构成的检测器和平面检测器。前一检测器用图像增强器I.I.将透过X射线变换成可视光图像后，再用照相机转换成电信号。而平面检测器用检测元件直接将透过光线转换成电信号。不论使用哪种X射线检测器，射入X射线检测器的入射X射线图像信息都作为电信号输出到数字图像处理装置100。
为能够移动，连动框架15可安装在天棚、床、或安装在天棚上的轨道上(未图示)。通过移动连动框架15，可在不移动患者(被检测体)P的前提下得到多张X射线图像。例如图2所示，一对X射线源112和X射线检测器14沿着托板13上的患者(被检测体)P的体轴(长轴)，在箭头A，B方向移动，可对患者P的头顶部H直到脚尖部T的大范围内的多张X射线图像进行拍摄。
图3A-3E作为多张进行X线图像拍摄诊断一个例子，说明了下肢血管造影检查中造影剂的流动。首先从患者P的腹部动脉用导管注入造影剂(图3A所示)。随着血液的流动，造影剂从腹部(图3B)、腿部(图3C)通过膝下部(图3D)流到脚尖。通过边追踪该造影剂的流动边依次重复进行X线拍摄，得到沿患者P(被检测体)的体轴方向的连续多张X线图像。下肢血管造影检查中，连续多张X线图像在邻接图像端部部分重叠地被拍摄下来。
下肢血管造影检查使用的拍摄连续多张X线图像的方法包括分步法(stepping)和造影剂跟踪法(bolus chase)。图4是分步法(stepping)拍摄连续X线图像的动作说明。图中的圆圈代表X线源112照射出的X线穿过患者的下肢后，用检测器14能检测出的范围。若一对X射线源112和检测器14在检测位置14-1(造影剂的到达位置见图3B)停止完成拍摄后，那么这对X射线源/检测器要先于下肢血管内造影剂流，移动到下一个拍摄位置14-2(造影剂的到达位置见图3C)。于是上述X射线源/检测器在造影剂到达前停下来，当造影剂到达时进行X射线拍摄，然后再迅速移动到下一个拍摄位置14-3(造影剂的到达位置见图3D)，移动、停止、造影剂到达时拍摄。这样通过反复进行X线拍摄、移动、停止、X线拍摄的动作，就可得到多张覆盖整个下肢大范围的、从摄影位置14-1到摄影位置14-4(造影剂的到达位置见图3E)的多张X线图像。
图5说明了通过造影剂跟踪法(bolus chase)得到连续X线图像摄影的方法。与图4同理，图中的圆圈代表X线源112照射出的X线穿过患者的下肢，可用检测器14检测出的范围。造影剂跟踪法(bolus chase)中，X射线源/检测器对通常边追踪造影剂的流动边移动，在移动过程中通过反复进行X线拍摄得到连续多张图像。即X射线源/检测器对沿患者(被检测体)的体轴(长轴)方向连续移动的过程中，按摄影位置114-1，114-2，...，114-n的顺序在短时间内进行连续拍摄得到多张X线图像。
下肢血管造影检查中，如图6所示，通过将这样得到的多张连续的X线图像粘贴起来，得到一次生成显示腹部114-1到下肢端部114-n的整个区域内血管图像的连续图像115。
下面说明生成连续图像的X射线图像处理装置100的结构。返回到图1，X射线图像处理装置100由模拟/数字(analog/digital)转换器16、存储装置17、数字图像处理装置18、监视器19、胶片图像处理器20等组成。模拟/数字(analog/digital)转换器16将X射线检测器14输出的穿透x线信息变换成数字图像数据。存储装置17为保存数字图像数据的光盘磁盘等装置。数字图像处理装置18在进行边强化处理、灰度处理后，将数字图像数据进行连续图像粘贴处理后得到一张浓差图像。监视器19显示粘贴的连续图像。胶片图像处理器20打印粘贴的连续图像。数字图像处理装置18处理的图像数据既可保管在存储装置17上，也可通过网络21传送到外部设备上。
如图7所示，数字图像处理装置18包括图像存储器30、前处理部分31、输入设备32、ROI设定部分33、指标计算部分34、灰度计算部分35、指标值量·灰度存储器36、灰度处理部分37及连续图像处理部分39。图像存储器30保存X射线图像处理装置100内的模拟/数字转换器(analog/digital)16或存储装置17提供的连续多张X线图像。前处理部分31对图像存储器30读出的X线图像数据进行前处理，如压缩背景像素值高的部分及低的部分的数字处理、补偿滤波处理、空间滤波处理等，使得在不减少必要信息的前提下提高图像的清晰度以便于读取。灰度处理部分37将前处理过的多张X线图像的像素值转换成线性显示灰度或非线性显示灰度。即灰度处理通常分为2种：称为窗口处理的线性显示灰度处理、与曲线的gamma修正函数对应的非线性显示灰度变换处理(gamma处理)。另外还有组合gamma处理和窗口处理的变换等。为简化说明，下面的实施例子仅介绍gamma处理。
连续图像处理部分39将经灰度处理过的多张X线图像连接成一张连续图像。连续图像处理部分39有两种用于粘贴图像的计算法。即可根据装置操作者的指示，选择使用连续图像处理部分39的第一种粘贴计算法X和第二种粘贴计算法Y。图8说明了粘贴计算法X的第一种原理。经灰度处理部分37变换的连续X线图像X1和Y1的重叠部分用X1+Y1来合成。图9说明了粘贴计算法Y的第二种原理。该方法用粘贴边界线修剪灰度处理部分37变换的连续的X线图像X2，Y2，然后再进行粘贴生成连续图像Z。
本发明提出的数字图像处理装置的连续图像处理部分39在粘贴多张X线图像时，采用了灰度均一化处理，减轻了各图像间显示灰度的不一致，使连续图像的显示浓度尽量均匀。另外该装置还包括关心区域ROI设定部分33、指标值计算部分34、灰度计算部分35、指标值量/灰度存储器36、及灰度处理部分37。
图10所示是一例适用于本发明提出的X线图像处理装置的连续图像灰度均一化处理方法。首先在数字图像处理装置18中的图像存储器30中，从X线图像处理装置100内的A/D变换器16或从存储装置17输入连续的多张X线图像数据(S1步)。为将连续的N张X线图像粘贴在一起形成连续图像，如图11所示，为输入的多张X线图像数据按拍摄顺序，从图像1到图像N分配标识号。
在X线图像处理装置100内的前处理部分31，对多张X线图像数据(1，...，N)进行前处理，接下来灰度处理部分37进行初步的灰度处理，在监视器19上进行一览显示(S2步)。另外，初始时用于多张连续X线图像灰度处理的输入输出关系一致，所以可在连续图像粘贴部分39上以连续图像粘贴的状态显示。操作者从监视器19上一览显示的多张X线图像中，指定作为灰度均一化处理基准的特定的X线图像(n)(S3步)。例如图11的一览显示中，若认为图像3的显示灰度最适于下肢血管造影诊断，操作者通过键盘、指针设备等输入设备32，将图像3指定为基准图像。另外也可根据需要操作灰度变更部分38微调指定的基准图像的显示灰度。与该调整相应，整个图像初始灰度处理的输入输出关系就确定下来。
若指定基准图像，可通过输入设备32，设定和基准图像相邻的各个X线图像的重叠区域内、包围同一检查对象部位的关心区域ROI。例如图11的基准图像3，在跟上侧相邻的图像2重叠的区域上设定关心区域ROI(3，U)，另外在跟下侧相邻的图像4重叠的区域上设定关心区域ROI(3，D)。同理，在图像4上，设定跟上侧相邻的图像3重叠的区域上设定关心区域ROI(4，U)，跟下侧相邻的图像4重叠的区域上设定关心区域ROI(4，D)。显然关心区域ROI(3，D)和ROI(4，U)设定在同一个部位上。以下同理，依次就每一幅图像，在其图像的上下端设定关心区域ROI。
ROI设定方法包括重叠区域内自动设定法、预先由操作者设定ROI的位置、形状、大小的参数事先调整(parameter preset)法、操作者利用指针设备分别输入ROI的方法。另外也可在各重叠区域内的相同位置上设定多个关心区域ROI。有时在下肢血管造影检查中也会分别就左右脚设定关心区域ROI。该实施例子中可采用上述任意一种方法。
ROI一旦设好，ROI设定部分33就从前处理部分31读出设定好的ROI内的多个像素值，输出到指标值计算部分34。指标值计算部分34根据ROI内所有集合体的像素值计算指标值，并保存在指标值/灰度存储器36中。通过计算求得如下指标值：ROI内的多个像素值的平均值、最大值、最小值、中心值或最频值。本实施例子中计算出平均值作为指标值。
求平均值的方法有以下几种：求ROI内所有像素平均值的方法，求预设的数值范围内的像素平均值的方法，按由小到大的顺序排列像素值，预先设定顺序范围，求设定顺序范围内像素值的平均值的方法，在ROI内的所有像素的柱状图中，求某个谷值到另外谷值、或某个峰值到另外峰值的像素平均值的方法。另外也可组合这些方法中的若干个使用。在忽略X射线光阑、下肢造影检查时双脚间检测的直接X射线、修剪图像的位置偏移等影响引起的误差时，选择求平均值的方法。
返回到图10，如上所述，计算基准图像n的下侧ROI的平均像素值AVG(n，D)、基准图像n与下侧相邻图像(n+1)的重叠区域内ROI平均像素值AVG(n+1，U)(S4步)。即本实施例中，通过指标值计算部分34计算基准图像3的下侧ROI的平均像素值AVG(3，D)和基准图像3与下侧相邻图像4的上侧ROI平均像素值AVG(4，U)。
灰度处理部分37读出指标值/灰度存储器36中保存的指标值，在本实施例中为平均值，然后进行灰度均一化处理。如图15所示，灰度均一化处理以基准图像3为起点，修正灰度处理的输入输出关系，使得对应于基准图像3的指标值AVG(3，U)的显示灰度LUT3，和对应于上侧邻接图像2的指标值AVG(2，D)的显示灰度LUT2一致。另外，修正灰度处理的输入输出关系，使得对应于基准图像3的指标值AVG(3，D)的显示灰度LUT3和对应于下侧邻接图像4的指标值AVG(4，U)的显示灰度LUT4一致。以下同理，修正灰度处理的输入输出关系，连锁地使得与上下邻接画面指标值对应的显示灰度一致。另外本实施例子中假设根据γ修正函数规定灰度处理的输入输出关系。即初始时对全部X射线图像1，...，N设定同样的γ修正函数。根据该初始时的γ修正函数确定基准图像3。修正其余图像的γ修正函数，使得同一关心区域ROI的显示灰度跟基准图像3一致。
返回到图10，灰度计算部分35根据γ修正函数，修正与基准图像n下侧ROI平均指标值AVG(n，D)对应的显示灰度Dn，再根据同样的γ修正函数修正与邻接图像n+1的上侧ROI平均指标值AVG(n+1，U)对应的显示灰度Dn+1。并且改变γ修正函数使得γ修正后的显示灰度Dn+1与γ修正后的显示灰度Dn一致(S5步)。
本实施例中，根据指标值/灰度存储器36中的初始的γ修正函数，修正与基准图像3的下侧ROI的平均像素值AVG(3，D)对应的显示灰度D3，并且根据同样的初始的γ修正函数修正与图像4的上侧ROI的平均像素值AVG(4，U)对应的显示灰度D4。如图12所示，修正与图像4对应的灰度处理的输入输出函数(γ修正函数)，使得与图像4的上侧ROI的平均像素值AVG(4，U)对应的显示灰度的显示输出D4，变换为基准图像3的下侧ROI的平均像素值AVG(3，D)对应的显示灰度的显示输出D3。原理上仅仅是平均像素值AVG(4，U)与平均像素值AVG(3，D)的差异，只需将图像4的γ修正函数与输入轴平行地移动即可。
另外，修正与图像4对应的灰度处理的输入输出关系时，如图13所示，将图像3的γ修正函数沿输入轴方向伸缩图像4的上侧ROI的平均像素值AVG(4，U)与图像3的下侧ROI的平均像素值AVG(3，D)的比率，即可生成图像4的γ修正函数。另外，也可不改变图像4的γ修正函数，而是固定灰度处理的输入输出关系，按差分或比例变换输入值即图像4的像素值。
实际上，与输入轴平行地移动图像4的γ修正函数的方法适合于DSA(数字裁减血管造影术，Digital subtraction Angiography)图像的粘贴。而固定灰度处理的输入输出关系，按差分或比例变换输入值，即图像4的像素值的方法适合于DA(数字血管造影术，DigitalAngiography)图像的粘贴。
另外灰度修正时还可使用两种指标值量。如图14所示，使用两种指标值量时，修正图像4的γ修正函数，使得图像4的上侧ROI求得的最小值MIN(4，U)与平均像素值AVG(4，U)通过基准图像3的下侧ROI求得的最小值MIN(3，D)的显示输出灰度D_MIN和图像3的下侧ROI求得的平均值AVG(3，D)的灰度D_MIN。根据上述修正后的灰度处理，灰度处理部分37将图像4的所有像素值转换成显示灰度。
图像4的所有像素值都修正为显示灰度后，如图10所示，将图像标识号增加1(S6步)，判断图像标识号是否达到粘贴对像的图像张数N(S7步)。若图像标识号尚未达到粘贴对像的图像张数N(S7步，NO)，则返回到S4，S5步，以完成灰度修正的图像4为基准，进行图像5的灰度修正。即指标计算部分34计算图像4的下侧ROI的平均像素值AVG(4，D)、图像4的下侧邻接图像5的上侧ROI的平均像素值AVG(5，U)，灰度计算部分35根据偏移的γ修正函数，指定与图像4的平均像素值AVG(4，D)对应的显示灰度，计算图像5的γ修正函数的偏移量，使得对应于图像5的ROI平均像素值AVG(5，U)的显示灰度，与图像4的平均像素值AVG(4，D)对应的显示灰度一致。灰度处理部分37根据偏移的γ修正函数，将图像5的所有像素值变换成显示灰度。
如上所述，通过从基准图像3开始依次修正显示灰度直至最终图像N，从而可以图像3的ROI显示灰度为基准，使下侧相连续的图像4，....，N的ROI显示灰度均一化。
完成跟基准图像下侧相连的图像的显示灰度均一化处理后，再次初始化基准图像的标识号n(S7步)，本实施例中，初始化时n＝3，这次从基准图像3开始依次修正上方相连的图像。与S4步相同，指标计算部分34计算基准图像n的上侧ROI、其上侧邻接图像n-1的下侧ROI的重叠区域内的平均像素值AVG(n，U)、AVG(n-1，D)(S9步)。即计算基准图像3的上侧ROI的平均像素值AVG(3，U)和上侧邻接图像2的下侧ROI的平均像素值AVG(2，D)。灰度计算部分35根据存储器36的初始γ修正函数，修正与基准图像3的平均像素值AVG(3，U)对应的显示灰度，并根据同样的初始γ修正函数修正与图像2的ROI平均像素值AVG(2，D)对应的显示灰度。
即灰度计算部分35偏移γ修正函数(S10步)，使得上侧图像n-1的下侧ROI的平均像素值AVG(n-1，D)对应的、γ修正后的显示灰度Dn-1，与基准图像n的上侧ROI的平均像素值AVG(n，U)对应的、γ修正后的显示灰度Dn一致。
接下来，将图像标识号n减1(S11步)，判断n是否等于1(S11步)，若为否，则重复S9、S10步。这样，通过从基准图像3开始依次修正显示灰度变换直至上侧邻接图像1，从而可以基准图像3的ROI显示灰度为基准，使基准图像3的上侧图像1，2的ROI显示灰度均一化。
如上所述，通过从基准图像开始，在其上、下方向连锁地进行灰度修正处理，可使重叠区域内的ROI包围的同一检查对象部位的显示灰度均一化。这样显示灰度被修正的多张图像粘贴后生成连续图像时，粘贴的边界部分的浓度差减小，整个连续图像会相对均匀。
图16所示为另外一例灰度均一化处理法。首先在图像存储器30中输入多张作为粘贴对象的X射线图像数据1，...，N(S21步)。在前处理部分31对多张X射线图像数据进行前处理，在灰度处理部分37进行初始灰度处理，然后粘贴起来作为连续图像显示在监视器19上(S22步)。通过输入设备32，从一览显示的连续图像中指定作为均一化处理起点的基准X射线图像(n)(S21步)。接下来通过输入设备32，设定纵断整个连续图像1，...，N的测定像素值断面的关心区域ROI(S24步)。
图17所示为设定纵断整个连续图像1，...，N的测定像素值断面的关心区域ROI的例子。该测定像素值断面的ROI设定在检测对象部位上。例如下肢血管造影检查时，在动脉上设定测定像素值断面的ROI。通常假设测定像素值断面的ROI的长轴与图像纵轴平行，但也可沿动脉的走向任意倾斜。此外因为测定像素值断面的ROI的宽度可以覆盖多个像素，因此可以任意调整。
操作者可利用鼠标等输入设备设定纵断整个图像的ROI，也可预先设定决定纵断整个图像的ROI的位置、形状、大小的参数，与此相应地在ROI设定部分33上自动设定。例如，下肢血管造影检查中同时拍摄两只脚时，为使两只脚的图像浓度平滑连接，在图像中央偏左或偏右的位置上设定纵断ROI，使纵断整个图像的ROI的位置放在脚上。一般在左脚和右脚之间设置衰减直接X射线的滤波器，但往往直接X射线的量多于透过脚部的X射线量。这时脚部的像素值低于左右部分的像素值，所以可在检测之后设定纵断ROI。
接下来，指标计算部分34生成纵断ROI的像素值断面(S25步)。纵断ROI的像素值断面首先就纵断ROI内的像素，计算图像横向的像素平均值，该平均值沿纵轴分布。如图18所示，典型地像素值断面在粘贴边界线上不连续。为使这种不连续的像素值断面变成图19所示的连续的显示灰度断面，须从基准图像开始连锁地修正灰度处理的输入输出关系。
首先，偏移图像n+1的γ修正函数，使得图像n+1象素值对应的显示灰度断面随基准图像n的象素值对应的显示灰度断面连续变化(S26步)。该实施例子中，修正图像4对应的灰度处理的输入输出关系(γ修正函数)，使得图像3的下端连接图像4的上端像素值P(4，U)对应的显示灰度断面，与基准图像3的下端像素值P(3，D)对应的显示灰度断面一致。另外，与上述灰度修正法同理，也可固定图像4的γ修正函数，变换图像4的像素断面，使得输入值，即图像4的上端像素值P(4，U)等于基准图像3的下端像素值P(3，D)。灰度处理部分37根据修正后的灰度处理，将图像4的像素值转换为显示灰度。
下面，将图像标识号n减1(S27步)，判断n是否等于1(S28步)，若为否，则返回到S26步。本实施例子中修正图像5的γ修正函数，使图像4的下端连接图像5的上端像素值断面P(5，U)对应的断面显示灰度，与图像4的下端像素值P(4，D)对应的显示灰度一致。灰度处理部分37根据偏移的γ修正函数，将图像5的全部像素值转换为显示灰度。
接下来初始化图像标识号、n(S29步)，这次从基准图像n开始向上方图像，依次进行上述同样的灰度修正(S30、S31、S32、S33步)。通过上述的从基准图像3开始到下侧图像N依次修正显示灰度变换，如图19所示，显示灰度断面平滑相连。
在数字图像处理部分18配备有该灰度修正处理法和前述的灰度修正处理法两种方法，也可根据操作者的指示选用哪种灰度修正处理法。另外，该灰度修正处理法可以不设定整个图像的纵断ROI，而是如图20所示，设定粘贴边界线前后的多个较小的测定像素值断面的ROI。因为在较小的测定像素值断面的ROI上也能求得各个图像的像素值断面的上端值和下端值，所以可同上述一样修正灰度处理。更多较小的测定像素值断面的ROI可以配置成直线。另外可设定多列测定像素值断面的ROI，使得既可沿着脚倾斜设置，也分别设置在两只脚上。
另外用前面实施例子中的、各图像区域的上端、下端值对应的像素值断面进行灰度修正处理，同时求像素值断面的斜率，进行灰度修正使两者一致。即如图12所示，通过γ修正函数的平移使像素值一致，另外如图13所示，通过输入轴方向的伸缩使斜率一致。在两只脚上求像素值或像素值和斜率时，可将图像分为左半部分和右半部分，进行各图像区域的上端值和下端值的灰度计算。
图21所示是另外一种数字图像处理装置18的构成例子。该数字图像处理装置18包括图像存储器30、图像处理部分31、连续粘贴部分40、灰度处理部分37、外部的灰度变更部分38。该数字图像处理装置18不是用上述的灰度修正处理法修正输入输出关系，而是在整个图像上统一灰度处理的输入输出关系，使得多个连续图像的显示灰度平滑一致。本实施例子中，如图8所示，采用合成重叠区域相邻图像的像素值的方法作为粘贴方法。
在图21的连续粘贴部分40上，通过加权加法计算合成重叠区域内相邻2张X射线图像的像素值，设该加法值为连续图像对应像素的像素值。即连续图像中重叠区域内的像素值由下式给定：
(a×图像n的像素值)+(1-a)×图像n+1的像素值
其中加权系数a可在0≤a≤1范围内变化，由重叠区域的图像n的端部开始，到图像n+1的端部，a可从1到0连续或分段变化。加权系数a的变化曲线既可是直线也可是曲线。在非重叠区域，假设单一图像的像素值为一连续图像的对应像素的像素值。换言之非重叠区域图像的加权系数为1。根据这种处理方法，重叠区域内显示灰度从图像n的显示灰度缓慢变成相邻的图像n+1的显示灰度，灰度不会急剧变化。
另外，上述介绍的任何一种方法，如果在框架周围组合修正降低图像阴影的处理，那么灰度计算的误差原因会减少，可得到精度更好的显示浓度。
通常分步法(stepping)中多在各静止位置进行多框架连续拍摄。在各静止位置根据图像中央附近的像素值信息控制拍摄的X射线量，进行第一次曝射。二次曝射之后追加到前面的像素值信息上，根据上述第1及第2方法得到的ROI内像素值信息，对X射线的控制追加修正，使得与前一阶段的粘贴边界线的像素值差控制在某个范围内。这样，在第1及第2方法下，每个图像的灰度调整量变小，调整精度提高。另外第3方法时，每个图像的像素值变化减小，可得到易于诊断的图像。
如上所述，根据本发明提出的X射线图像处理装置与方法，在具有连续粘贴多个X射线图像功能的数字图像处理装置及X射线诊断装置上，可减轻调整图像间显示灰度的作业负担，并可得到减小每个图像浓度差变化的、均一化的、易诊断的图像。
另外，本发明并不限于上述实施形式，在实施阶段可在不脱离其主要目的的范围内，进行各类变形予以实施。而且，上述实施形式包含各种实施阶段，通过将公开的多个组成元素进行适当的组合可以提取出各类发明。例如，可从实施形式所示的所有构成要素中删除几个构成要素。前面是在检测器的受光面是圆形时进行说明的，但是矩形时仍可同理使用。

Claims (32)

1、一种X射线图像处理装置，利用多个沿被检测体的长轴方向连续且连接方向端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度均一化处理，以生成连续图像，其特征在于，包括：
存储器(30)，存储上述多个X射线图像数据；
关心区域(ROI)设定部(33)，用于设定在与从上述存储器中读出的X射线图像数据的基准图像邻接的邻接图像的各重叠部分中包围同一个检查部位的关心区域(ROI)；
指标值计算部(34)，用于根据上述设定的关心区域(ROI)内的多个象素值来计算该邻接图像数据的指标值；
灰度计算部(35)，用于计算与上述指标值对应的该邻接图像数据的显示灰度；
灰度处理部(37)，用于将上述多个X射线图像数据的像素值变换成上述计算出的显示灰度，以使上述计算出的该邻接图像数据的显示灰度实质上一致；以及
连续粘贴处理部(39)，用于将具有上述变换后的显示灰度的上述多个X射线图像数据粘贴在一起，以生成灰度相对均匀的连续图像。
2、根据权利要求1中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述指标值计算部(34)计算的上述指标值为上述关心区域(ROI)内所有像素值的平均值、最大值、最小值、中央值或最频值之一。
3、根据权利要求1中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述灰度处理部(37)依次进行显示灰度变换，以使和上述灰度计算部(35)计算出的邻接图像的指标值相对应的显示灰度与和上述灰度计算部(35)计算出的上述基准图像的指标值相对应的显示灰度一致。
4、根据权利要求2中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述指标值计算部(34)计算的上述指标值是关心区域(ROI)内的所有像素值、某个数值范围内的像素值、按由小到大的顺序排列像素时某个范围内的像素值、或上述关心区域(ROI)内的所有像素的柱状图的谷到谷或峰到峰范围内的像素值之一。
5、根据权利要求3中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
通过平行移动变换函数来进行上述灰度处理部(37)的显示灰度变换，以便利用与从上述多个X射线图像中指定的基准图像的变换函数相同的变换函数来修正邻接图像的显示灰度，并使修正后的邻接图像的显示灰度跟修正后的上述基准图像的显示灰度一致。
6、根据权利要求5中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述变换函数为γ修正函数；
通过平行移动上述γ修正函数来进行上述灰度处理部(37)的显示灰度变换，以便利用与上述基准图像数据的γ修正函数相同的γ修正函数来修正上述邻接图像数据的显示灰度，并使修正后的上述邻接图像数据的显示灰度跟修正后的上述基准图像数据的显示灰度一致。
7、根据权利要求5中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述变换函数为γ修正函数；
通过按邻接图像数据的指标值与上述基准图像数据的指标值的比率使上述基准图像数据的γ修正函数在像素值输入轴方向上伸缩、以生成上述邻接图像数据的γ修正函数，来进行上述灰度处理部(37)的显示灰度变换。
8、根据权利要求1中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述灰度处理部分(37)的显示灰度变换是变换基准图像数据的γ修正函数，以使得在基准图像下侧关心区域(ROI)中求得的最小值和平均值这两种指标值各自的显示输出灰度与在邻接图像数据上侧关心区域(ROI)中求得的最小值和平均值这两种指标值各自的显示输出灰度一致。
9、一种X射线图像处理装置，利用多个沿被检测体的长轴方向连续且连接方向端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度均一化处理，以生成连续图像，其特征在于，包括：
存储器(30)，存储上述多个X射线图像数据；
关心区域设定部(33)，用于设定使上述多个X射线图像数据的整个图像纵剖的像素值剖面测定用关心区域(ROI)；
指标值计算部(34)，用于生成上述设定的测定用关心区域(ROI)内的像素值剖面；
灰度处理部(37)，用于依次变换与上述多个X射线图像的像素值剖面相对应的显示灰度，以使和上述多个X射线图像数据中的基准图像的像素值剖面相对应的显示灰度与和邻接于基准图像的邻接图像的像素值剖面相对应的显示灰度连续地相接；以及
连续图像处理部(39)，用于将经上述灰度变换的多个X射线图像数据粘贴在一起生成连续图像。
10、根据权利要求9中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述指标值计算部(34)就上述多个X射线图像的像素值剖面测定用关心区域(ROI)的、沿粘贴边界线的方向，计算像素值剖面的平均值。
11、根据权利要求9中所述的X射线图像处理装置，其特征在于，还包括：
灰度计算部，修正上述邻接图像的γ修正函数，以使和所指定的基准图像的像素值剖面相对应的显示灰度与和上述邻接图像的像素值剖面相对应的显示灰度连续地相接。
12、根据权利要求9中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述关心区域设定部(33)设定多个跨越了上述多个X射线图像数据的各粘贴边界线前后的较小的像素值剖面测定用关心区域(ROI)。
13、根据权利要求12中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述关心区域设定部(33)沿检查部位的长轴方向成直线或非直线地设定上述较小的像素值剖面测定用关心区域(ROI)。
14、根据权利要求11中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述灰度计算部(35)在上述多个X射线图像数据的图像区域中，求出基准图像剖面的上端值处的斜率和邻接图像剖面的下端值处的斜率，并进行修正以使两者一致。
15、根据权利要求9中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
上述连续图像处理部(39)对上述X射线图像数据的重叠部分的每2个X射线图像的像素值进行加权平均，且使加权系数改变。
16、根据权利要求15中所述的X射线图像处理装置，其特征在于：
直线或非直线地改变上述X射线图像数据的重叠部分的像素值的上述加权系数。
17、一种X射线图像处理方法，利用多个沿被检测体的长轴方向连续的、且连接端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示灰度的均一化处理，生成连续图像，其特征在于，包括步骤：
将上述多个X射线图像数据保存在存储器中；
设定在与从上述存储器中读出的X射线图像数据的基准图像邻接的邻接图像的各重叠部分中，包围同一个检查部位的关心区域(ROI)；
依据上述设定的关心区域(ROI)中的多个象素值，计算该邻接图像数据的指标值；
计算与上述指标值对应的该邻接图像数据的显示灰度；
将上述多个X射线图像数据的像素值变换成上述计算出的显示灰度，以使得上述计算出的该邻接图像数据的显示灰度实质上一致；以及
将显示灰度经上述变换后的上述多个X射线图像数据粘贴起来，生成灰度相对均匀的连续图像。
18、根据权利要求17中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在上述计算指标值的步骤中求出的指标值为上述关心区域(ROI)内所有像素值的平均值、最大值、最小值、中央值或最频值之一。
19、根据权利要求17中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在上述变换灰度的步骤中，依次进行显示灰度变换，以使得和上述计算出的邻接图像的指标值相对应的显示灰度与和上述计算出的基准图像的指标值相对应的显示灰度一致。
20、根据权利要求18中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在上述计算指标值的步骤中求出的指标值是上述关心区域(ROI)内的所有像素值、某个数值范围内的像素值、按由小到大的顺序排列像素时某个范围内的像素值或上述关心区域(ROI)内的所有像素的柱状图的谷到谷或峰到峰范围内的像素值之一。
21、根据权利要求17中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
通过平行移动变换函数来执行上述变换为显示灰度的步骤，以便利用与从上述多个X射线图像中指定的基准图像的变换函数相同的变换函数来修正邻接图像的显示灰度，并使修正后的上述邻接图像的显示灰度跟修正后的上述基准图像的显示灰度一致。
22、根据权利要求21中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
上述变换函数为γ修正函数；
通过平行移动γ修正函数来执行上述变换为显示灰度的步骤，以便利用与基准图像数据的γ修正函数相同的γ修正函数来修正邻接图像数据的显示灰度，并使修正后的上述邻接图像数据的显示灰度跟修正后的上述基准图像数据的显示灰度一致。
23、根据权利要求21中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
上述变换函数为γ修正函数；
通过按邻接图像数据的指标值与基准图像数据的指标值的比率使上述基准图像数据的γ修正函数在像素值输入轴方向上伸缩，以生成上述邻接图像数据的γ修正函数，来执行上述变换为显示灰度的步骤。
24、根据权利要求17中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在上述变换为显示灰度的步骤中，变换基准图像数据的γ修正函数，以使得在基准图像下侧关心区域(ROI)中求得的最小值和平均值这两种指标值各自的显示输出灰度与在邻接图像数据上侧关心区域(ROI)中求得的最小值和平均值这两种指标值各自的显示输出灰度一致。
25、一种X射线图像处理方法，利用多个沿被检测体的长轴方向连续、且连接端部互相重叠的X射线图像的各个重叠部分的图像数据，进行各个图像的显示浓度的均一化处理，生成连续图像，其特征在于，包括如下步骤：
将上述多个X射线图像的数据保存在存储器中；
设定使上述多个X射线图像数据的整个图像纵剖的像素值剖面测定用关心区域(ROI)；
生成上述设定的测定用关心区域(ROI)内的像素值剖面；
依次变换与上述多个X射线图像的上述像素值剖面对应的显示灰度，以使和上述多个X射线图像数据中的基准图像的像素值剖面对应的显示灰度与和邻接于上述基准图像的邻接图像的像素值剖面对应的显示灰度连续相接；以及
将经上述显示灰度变换的多个X射线图像数据粘贴起来生成连续图像。
26、根据权利要求25中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
生成上述像素值剖面的步骤就上述多个X射线图像的像素值剖面测定用关心区域(ROI)的、沿粘贴边界线的方向，计算像素值剖面的平均值。
27、根据权利要求25中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
上述依次变换显示灰度的步骤修正上述邻接图像的γ修正函数以使和所指定的基准图像的上述像素值剖面对应的显示灰度与和邻接图像像素值剖面对应的显示灰度一致。
28、根据权利要求25中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在设定上述像素值剖面测定用关心区域的步骤中，设定多个跨越了上述多个X射线图像数据的各粘贴边界线前后的较小的像素值剖面测定用关心区域(ROI)。
29、根据权利要求28中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在设定上述像素值剖面测定用关心区域的步骤中，沿检查部位的长轴方向成直线或非直线地设定上述较小的像素值剖面测定用关心区域(ROI)。
30、根据权利要求25中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
上述依次变换显示灰度的步骤是在上述多个X射线图像数据的图像区域中，求出基准图像剖面的上端值处的斜率和邻接图像剖面的下端值处的斜率，并进行修正以使两者一致。
31、根据权利要求25中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
在上述生成连续图像的步骤中，对上述X射线图像数据的重叠部分的每2个X射线图像数据的像素值进行加权平均，且使加权系数发生变化。
32、根据权利要求31中所述的X射线图像处理方法，其特征在于：
直线或非直线地改变上述X射线图像数据的重叠部分的像素值的上述加权系数。
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