CN1860500A - 利用时间滤波器来增强医学图像 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在序列的图像中减小噪声和增强边缘的图像处理系统，所述系统包括：分解空间图像信号以产生不同内容的切片的装置；用于根据所述内容来不同地滤波所述切片的时间滤波的装置；以及从所述时间滤波的切片来重组所述序列的图像的装置。所述分解可以利用金字塔分解的装置来执行。所述时间滤波的装置包括运动补偿和/或递归自适应滤波。该系统可以进一步包括用于显示所述序列的图像的成像装置。本发明进一步涉及一种连接到该系统的医学检查设备。

Description

利用时间滤波器来增强医学图像

技术领域

本发明涉及一种用于处理在噪声图像的序列中的图像的医学成像系统，所述系统包括用于对噪声进行时间滤波的装置。本发明还涉及一种包括这样的系统的医学检查设备。本发明可以用于制造医学X射线检查设备。

背景技术

在专利US 6,151,417中已经描述了一种具有用于对图像序列中的噪声进行时间滤波的装置的医学成像系统。该系统包括用于滤波表示诸如导管或光导纤维之类的很细的对象的图像序列中的噪声的装置，所述图像不排除表示处于运动中的这种很细的对象的图像部分。该系统包括用于处理在噪声图像的序列中的图像的装置，该装置包括用于在噪声图像中的指定位置提取噪声时间样本以及用于提供形成噪声滤波的图像的相应的时间滤波的样本的装置。所述系统包括：

来自一组过去(以及最终未来)帧的时间序列中的图像的时间滤波。时间滤波器包括自适应过程，该自适应过程相对于帧序列的内容(高或低运动、高或低噪声级)调节所滤波的功率。

二维空间滤波装置，其被应用于所述差别图像以便增强空间相干样本并提供与所述空间相干样本有关的运动的概率的测量。所述已知系统可以实时地工作。它可以对具有运动的对象以及不具有运动的对象的所述图像部分进行时间滤波，以便不使对象的边缘模糊并且不丢失运动中的很小的对象。噪声峰值被减小。

在已知的系统中遇到了至少两个问题：

1)第一个问题涉及表示处于运动中的具有明显界面的对象的噪声图像。在由已知系统处理的这种图像中存在噪残尾。这是因为这样的事实，即所提出的滤波器在移动界面或移动边缘附近使其自身适应时间不连续性。当检测到时间不连续性时，所述滤波器以使其时间积分的功率(power)最小化来进行反应。这导致噪声穿透(break-through)。该缺陷在陡边缘的情况下特别严重。它可以通过运动估计和运动补偿被削弱。但是该补偿决非理想。

2)第二个问题涉及表示具有缓慢空间变化区域例如运动中的背景区域的移动对象的噪声图像。时间滤波器的目的是估计时间不连续性。由于运动中的这种缓慢空间变化区域呈现很小的时间反差值，因此它们产生低的时间梯度，并且它们可能被误认为噪声。在该情况下，滤波器功率高，这导致缓慢变化区域的不希望有的平滑。所处理的图像在位于所考虑区域中的对象之前和之后呈现迹线。此外，所述平滑的对象被时间滤波过程模糊。该情况也可以在当强度在产生强度梯度的缓慢变化的时间序列中缓慢变化时的情况中出现。

发明内容

本发明的目的是提出一种图像处理系统，该系统具有用于克服上述缺陷的装置。尤其是，根据本发明的系统具有处理装置，用于：采集数字图像的序列；将时间序列的每个图像分解成称为切片(slice)的子图像信号，每个切片表示不同的空间频带；对每个切片进行单独时间滤波；从时间滤波的切片来重建图像。例如，所述信号分解可以通过使用公知的拉普拉斯或高斯金字塔(pyramid)来实现，从而导致每个图像被分解成一组不同分辨率的切片。所述切片的时间滤波可以利用自适应滤波器来执行，所述自适应滤波器可以具有运动补偿和/或可以是递归自适应滤波器。

本发明进一步涉及一种图像查看(viewing)系统，其用于增强在噪声图像的序列中表示的感兴趣的对象以及用于显示增强的图像的序列。本发明还涉及一种用于所述系统的计算机可执行的图像处理方法。本发明进一步涉及一种与这样的系统连接的医学检查设备。该设备提供了下述优点，即它提供了更好的图像，尤其是在被形成图像的对象的照明强度低的情况下；不过它仍然使操作者能够在显示图像序列期间精确地跟踪处于运动中的很细的对象。本发明例如在心脏病学的医学领域中获得它的应用，以用于在滤波电子噪声时增强诸如导管或导线之类的感兴趣的细的运动对象。

附图说明

下文参考示意图来详细地描述本发明的实施例，其中：

图1是本发明的系统的装置的功能框图；

图2是本发明的系统的装置的更详细的功能框图，其说明在多分辨率方案内的时间滤波；

图3说明在拉普拉斯金字塔分解情况下的信号频谱划分；

图4说明图2的图像分解；

图5是使用本发明的系统的医学检查设备的功能框图。

具体实施方式

本发明涉及一种查看系统，并且尤其涉及一种医学成像系统，以及一种用于所述查看系统的图像处理方法，以用于增强在噪声图像的序列中的感兴趣的对象以及用于显示所增强的图像的序列。所述查看系统和方法具有采集、处理和实时显示图像的装置。本发明的所述查看系统和图像处理方法在下文中作为应用于心脏病学的医学领域的例子来进行描述。在所述应用中，感兴趣的对象例如为导管。该对象在被称为血管成形术的医学介入期间在X射线图像的序列中被观察。所述系统和方法可以应用于不同于导管的任何其它感兴趣的对象。感兴趣的对象可以相对于参考图像移动；并且背景可以相对于所述对象或器官移动。

自适应时间递归滤波(ATR)是尤其在医学成像领域中处理噪声降低时的关键技术。只要图像序列是可用的，以及只要那些序列的图像被沿着时间轴非常不相关的噪声所破坏(这是最通常的情况)，该技术就可应用。ATR滤波的基本原理在于对每个像素建立一组像素的加权平均值，所述像素位于图像中的相同空间位置，但是属于沿时间轴的不同图像。由于所述破坏噪声沿该轴非常不相关，因此该求平均操作的结果将是在所得的图像中的噪声级的降低。通常，该加权求平均操作利用递归滤波器来实现。

为了保存信号，必须处理所考虑的对象的自然或视运动。例如，所述成像系统可以具有执行作为在每个像素处观察到的时间不连续性的函数的时间递归滤波器的积分系数的自适应的装置。因此，对于指定像素，如果时间不连续性大大超过噪声级，那么运动被判断出并且在该像素位置的滤波被减小，直至必要时完全取消。相反，如果运动不连续性具有与噪声级相同的数量级，那么当确定在那个像素位置不存在运动时滤波被应用一直到最大级。

然而，该技术至少存在两个缺陷。

一方面，在图像中移动的对象的边缘(称为移动边缘)的附近，滤波器自然地关闭，这导致边缘保存的积极效果，但是这也在这些边缘附近引起局部噪声穿透。

另一方面，如果存在大的缓慢移动和缓慢空间变化的背景质量，那么它们可能仅仅产生不超过噪声级的微小的时间不连续性。在那样的情况下，那些大质量将被时间积分，从而产生某种程度的伪像。

本发明提出一种图像处理系统，其具有用于克服这两个缺陷的装置。参考图1，该系统包括：

1)分解装置10，用于例如使用公知的拉普拉斯或高斯多分辨率金字塔分解来将所考虑的序列的图像I的频谱划分成若干被称为切片的子图像；

2)滤波装置20，用于当例如使用拉普拉斯金字塔时对与高频相关的金字塔的所有子带或切片进行时间滤波，但是保持低频完整。这导致若干时间滤波器并行应用于不同的切片上。每个时间滤波器被单独地调谐，并且该调谐适于输入图像及其相关切片的频谱内容。在优选实施例中，所述系统具有用于将自适应时间递归滤波器(ATR)应用到所述金字塔的所有子带上同时保持低频完整的装置。

3)重组装置30，用于从所述低频和从所述滤波的子带来重组结果图像R。

本发明的系统解决了两个问题。一方面，该系统能够保持低频完整，这使得能够保存缓慢空间变化的背景质量，因为它们主要位于频谱的低频部分。另一方面，由于该系统具有在其它子带中应用不同ATR滤波器的装置，因此该系统允许在频谱的一些子带中滤波产生低时间变化的那些边缘像素。

参考图2，根据本发明，所述成像系统更具体地包括：

1)处理装置10，用于执行图像序列的图像I的子采样，该子采样被称为分解。这些处理装置产生数目为N的子采样图像。例如，对于拉普拉斯分解，这导致被称为子带或切片Bi(i＝0，…，N-1)的子采样图像以及序列的每个图像的低分辨率切片Hi(i＝0，…，N)。

时间滤波装置，优选是自适应时间递归(ATR)滤波器20，它接收子样本Bi和低分辨率子图像H_N，从而产生时间滤波的子样本Fi和F_N。

处理装置30，用于从时间滤波的子样本Fi来执行重组操作，从而产生滤波的图像信号R。

参考图2，分解装置10可以包括拉普拉斯或高斯多分辨率金字塔分解级。在拉普拉斯分解的情况下，这导致如图3上所示的输入图像I的频谱分解。

图4说明将序列的图像I分解成四个不同分辨率的子图像。

由图2所说明的例子的分解装置包括三个分解模块11、12、13，其产生三个子带B₀、B₁、B₂(以减小的分辨率)以及在可以保持完整的低频带中的切片H₃。

对序列的每个图像进行分析或分解。

2)滤波装置20，包括若干滤波模块21、22、23、24，每个模块被应用到每个相应的子带或切片B₀、B₁、B₂，并且(最终)被应用到低分辨率H₃。这些模块的时间滤波器可以是相同的或不同的。它们由用于控制它们的积分功率的参数来表征。这些若干时间滤波器用来高度地滤波在最高频率中的子带以及低度地滤波在最低频率中的子带。

由于不同的切片被单独地滤波，因此滤波器的这种结合解决了上面揭示的两个问题。应用于低频子带的模块24可以起微弱的作用或者不起作用以便保持低频。相反，子带B₀中的高频可以被高度地滤波。

3)处理装置30，用于执行序列的图像的重组。在每个图像的重组的结果R中，低频保持完整或者仅仅被微弱地时间滤波，这解决了上面揭示的第二个问题。相反，在该结果R中高频被高度地滤波，这解决了上面揭示的第一个问题。

所述切片可以是小而多的或者大而少的。各个切片之间的影响可以不同，特别是在最高频率中影响较大。事实上，所述高频由具有净运动的陡边缘来表征。因此，在最高频率中使用最强的滤波是有利的。

考虑例如由诸如脉管的横截面之类的对象组成的图像序列。所述壁是在血压下运动的边缘。所述壁在高频的切片中被表示，并且将被高度地时间滤波。管腔处于低频的切片中，并且将不被滤波或者被微弱地时间滤波。重组图像将最好地被改善。使用现有技术的系统不可能是这样的情况，因为高频的壁和低频的管腔以相同的方式被滤波。

关于运动的空间不连续性，该不连续性可能在切片中分布不均匀。时间不连续性在切片之间可能不同。本发明的时间滤波器的系统可以解决该不同。

模块20的时间滤波器例如可以是如在专利US 6,151,417中所述的。可以使用未描述的其它时间滤波器。时间滤波器可以是递归的，并且可以包括用于补偿运动和用于配准的补偿装置。该专利描述了函数f，其控制积分的强度。所述函数的高度提供了积分的功率，斜率限定了模糊度，并且切割横坐标指定噪声和运动之间的分离点。这些参数可以适于每个切片。

图5示出医学检查设备50的图。所述设备具有用于采集图像序列的数字图像数据的装置51，并且被连接到如上所述的医学查看系统53，以用于根据上述的处理技术来处理这些数据。所述医学查看系统通常用于介入室中或靠近介入室以处理实时图像。如果本方法的步骤被应用于存储的医学图像，例如以用于估计医学参数，那么用于处理存储图像的数据的系统将被称为医学查看站。所述医学检查设备通过至系统53的连接57来提供图像数据。所述系统向显示装置和/或存储装置提供处理的图像数据。显示装置54可以是屏幕。存储装置可以是系统53的存储器。所述存储装置可以替换地是外部存储装置。该图像查看系统53可以包括适当编程的计算机或具有诸如LUT、存储器、滤波器、逻辑算子之类的电路装置的专用处理器，所述电路装置被设置成执行根据本发明的方法步骤的功能。系统53也可以包括键盘55和鼠标56。图标可以被设置在屏幕上以由鼠标点击来激活，或者可以在系统上设置专门按钮以构成供用户启动的控制装置58，以控制持续时间或者在所选阶段停止系统的处理装置。

Claims (9)

1.一种用于在序列的图像中减小噪声和增强边缘的图像处理系统，包括：

分解空间图像信号以产生不同内容的切片的装置；

用于根据所述内容来不同地滤波所述切片的时间滤波的装置；

从所述时间滤波的切片来重组所述序列的图像的装置。

2.权利要求1所述的系统，其中所述分解是利用金字塔分解的装置来执行的。

3.权利要求1所述的系统，其中所述时间滤波的装置包括自适应滤波。

4.权利要求1所述的系统，其中所述时间滤波的装置包括运动补偿。

5.权利要求1所述的系统，其中所述时间滤波的装置包括递归自适应滤波。

6.权利要求1-5之一所述的系统，进一步包括用于显示所述序列的图像的成像装置。

7.一种用于如权利要求1-6之一所述的系统中的成像设备，包括适当的编程的计算机或具有被设置成处理图像的电路装置的专用处理器。

8.一种用于如权利要求1-6之一所述的系统中的计算机程序产品，包括用于执行图像处理的一组指令。

9.一种医学检查成像设备，具有用于采集医学图像的序列的装置，并且具有根据权利要求1-6之一所述的查看系统，所述查看系统用于处理和显示所述图像序列。

Images