CN100405355C - 对数字x射线图像进行图像处理的自学习方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动优化数字X射线设备图像处理***中参数设置的方法，由至少一个图像处理模块(A_i)根据至少一个参数(p_ij ^akt)对图像数据(B)进行预定修改，将参数从当前参数数组(P^akt)输入图像处理模块(A_i)，该模块由标准参数数组(P^std)初始化，并可特定于使用者更改，当当前参数数组(P^akt)的更改得到积极响应时存储更改后的当前参数数组(P^akt)的拷贝(P^Nr.k)，借助存储的拷贝(P^Nr.k)确定优化的参数数组(<P^Nr.k>)，将标准参数数组(P^std)与优化参数数组(<P^Nr.k>)匹配。还提供了实施该方法的图像处理单元(12)和包含该图像处理单元(12)的X射线设备(1)。

Description

对数字X射线图像进行图像处理的自学习方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种用于对数字X射线图像进行图像处理的方法，其中在图像处理模块中根据至少一个参数对图像数据进行预定的修改。本发明还涉及一种用于实施上述方法的图像处理单元，和包含该图像处理单元的X射线设备。

背景技术

近年来，数字X射线探测器改变了传统的X射线照相术或心血管造影术。在各种数字X射线探测技术中，一部分早已投入使用，一部分还未达到市场成熟阶段。在这些数字技术中，有基于电视或CCD照相机的图像放大照相***、具有集成或外置读取单元的磁盘存储***、能静电读取的基于硒的探测器，以及具有能直接或间接转换X射线辐射的活动读取矩阵的固体探测器等等。

与传统的、利用放射胶片处理的X射线照相术相反，在数字X射线设备中的X射线图像以电形式存在，即以图像数据的形式存在。这使得例如为了在医疗应用中使待检查器官或罕见疾病的检查结果特别清楚可见，可以在显示器显示之前利用电图像处理装置处理X射线图像。数字图像处理的常用方法例如包括按像素采用X射线图像的取决于灰度值的颜色或亮度变化的特征曲线、滤波器操作(例如采用低通、高通或中值滤波器)、取决于频率的滤波、对比度或亮度操作(也称为窗化)或类似方法。

大量可用的调整参数一般会导致，将X射线探测器提供的同一原始图像处理为光学效果极为不同的最终图像。但是，一般不同的放射科医生所期待的以及所获得的最佳图像印象是不同的。这使得在安装X射线***时，一般必须根据图像处理进行个性化的设置，以使X射线设备产生的最终图像适应放射科实习生或甚至各放射医生的口味。这种设置过程一般在安装X射线设备时，由当前的使用者、即放射医生或其他应用专业人员与实施安装的工程师一起合作完成，其成本一般是很高的。这特别是在于，对于每个由X射线设备拍摄的器官(例如胸腔、臀部、腹部、头颅、四肢等)，每次投影(横向的、前向-后向的、倾斜的等)和必要的发生器设置(电压、电流、滤波、剂量)时都必须产生不同的图像处理参数数组。数字X射线设备的安装尤其是根据这种在棘手的优化过程中的复杂性来完成，该优化过程在X射线设备的运行期间通常要经过很多使用者的经验值才能完成。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于对X射线图像进行图像处理的方法，其中参数设置的优化自动进行。此外本发明还提供一种图像处理单元以及一种包含该图像处理单元的X射线设备，该设备简化了安装。

上述技术问题是通过一种用于对X射线图像进行图像处理的方法来解决的，根据该方法，向至少一个根据至少一个参数对图像数据进行预定修改的图像处理模块输入来自当前参数数组的参数或每个参数。一方面当前参数数组从存储的标准参数数组中获得标准设置。另一方面，由使用者在手动后处理X射线图像时对该当前参数数组进行修改。如果这种特定于使用者的对当前参数数组的修改得到积极的响应，则根据本方法存储更改后的当前参数数组的拷贝。在本方法的自动优化步骤中，借助一个或多个这种存储的拷贝确定优化的参数数组，并将该参数数组存储为新的标准参数数组。

利用所述方法，将标准设置反复地与使用者的口味进行匹配，也就是要达到在X射线设备工作的放射医生的口味。即，只要该标准参数数组未能导致让使用者满意的图像处理，该使用者通常就可以通过手动修改当前参数数组来对由X射线设备产生的X射线图像进行后处理。特别是如果将每个导致有效图像后处理的参数数组的拷贝可靠保存起来，则可在常见的后处理中相应累积很多这样的拷贝。通过本方法根据这些拷贝优化其标准设置，在继续使用X射线设备时根据该标准进行接近使用者期望的图像处理。使用者的其它手动改善会以同样的方式使标准设置与该使用者的期望更精确地匹配。因此，使用者在比较短的时间之后只需对X射线图像再进行很少的手动后处理。由此，相应地只存储更改后的当前参数数组的较少的拷贝，从而使标准设置此后在优化状态下保持不变。本方法一个具有决定意义的优点是，标准设置的优化可自动进行。由此，使用者可以完全集中在当前X射线图像上，而让标准设置的优化在后台完成。

在安装X射线设备时的棘手的设置过程也不再需要了。X射线设备在安装之后只需较少技术维护。

优选标准设置的优化这样进行，即确定多个所存储拷贝的特定于参数的平均值，并将其存储为新的标准参数数组。“特定于参数”理解为，始终只将不同拷贝的相互对应的参数用于产生平均值。如果该参数数组包括二维字段，或者包括参数矩阵p_ij(i，j＝1，2，3...)，则包含在该参数数组中的参数的特定于参数的平均值<p_ij>由下式确定：

$<p_{\mathrm{ij}}>=\frac{1}{K}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{Nr}.k}$ 等式1

其中，p_ij ^Nr.k表示包含在该参数数组的第k个拷贝中的参数p_ij，而通过总数为k(k＝1，2，3...)的现有拷贝形成和。

如果参数数组包含按照函数形式定义的参数p_ij(x)，则该参数的特定于参数的平均值<p_ij(x)>由下式确定：

$<p_{\mathrm{ij}}\left(x\right)>=\frac{1}{K}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{Nr}.k}\left(x\right)$ 等式2。为了对使用者简化本方法的操作，在本发明的一个扩展中，将对更改后的当前参数数组的积极响应与手动后处理X射线图像的可靠存储指令结合起来。由此，如果使用者可靠地、即永久存储手动后处理的X射线图像，则总是自动产生和存储更改后的当前参数数组的拷贝。

有利的是，如果存在足够数量的特定于使用者的更改参数数组，则本方法总是能优化其标准设置。也就是说，标准参数数组与优化参数数组的匹配仅当所存储的拷贝数达到预定的阈值时才能进行。

为了恰当处理各种医疗检查的不同要求，合适的是对于不同的待检查器官、不同的投影类型以及不同的发生器设置准备不同的标准参数数组。在此为了优化各适合的标准参数数组，也只将所存储的拷贝中那些对应于所属器官、所属投影和所属发生器设置的拷贝用于所述优化。

此外，还提供使用者或使用者组特性。由此，也为不同的使用者或使用者组提供了自己的标准参数数组。同样，存储更改后的参数数组的拷贝也根据各使用者或各使用者组来进行。

对于适用于实施本发明方法的图像处理单元，其具有至少一个图像处理模块，其构造为根据至少一个参数对图像进行预定的修改。该图像处理模块优选的是软件模块，是应用软件的组成部分。但是该模块也可以按照物理单元的形式出现，例如插卡或集成电路的形式。参数或每个参数从存储在中间存储器的当前参数数组中提供给图像处理模块。为了初始化该中间存储器，设置一个存储标准参数数组的标准存储器。此外，还具有用于特定于使用者地修改当前参数数组的装置。该装置优选包括一个或多个输入接口，例如键盘或鼠标以及用于支持输入、引出菜单等的适当软件模块。为了存储更改后的当前参数数组的拷贝，图像处理单元还包括更改存储器。图像处理单元还包括匹配模块，其构造为借助存储在更改存储器中的一个或多个拷贝产生优化的参数数组，并将其作为新的标准参数数组存储在标准存储器中。中间存储器、标准存储器和更改存储器优选位于一个或多个共同使用的存储器介质上的分开的区域，例如在计算机的工作存储器或磁盘上。

为了产生优化的参数数组，所述匹配模块优选构造为，根据等式1和2计算存储在更改存储器中的拷贝的特定于参数的平均值。

优选的，所述图像处理单元包括多个用于连续图像处理的相互连续连接的图像处理模块，它们可根据所需要的参数回溯存储在中间存储器中的当前参数数组。

根据本发明，上述图像处理单元包含在X射线设备中。该X射线设备尤其包括一个用于产生X射线束的X射线放射器和一个用于拍摄X射线图像的数字X射线探测器。该X射线图像以图像数据的形式输入到根据本发明的图像处理单元中。

所述X射线设备的优点尤其在于，在其安装过程中不必进行棘手的设置过程，因为X射线设备自学习地优化了其标准设置。除了首次安装之外，该自学习过程例如在更换使用者时也是具有优点的，因为所述X射线设备可以自动地在比较短的时间内调整为新使用者的预定设置。

附图说明

下面借助附图详细解释本发明的实施方式。其中示出：

图1是具有X射线放射器、数字X射线探测器和包括图像处理单元的控制和处理***的X射线设备的示意图，

图2是X射线探测器的透视图和部分剖面图，

图3是根据图1的设备的图像处理单元的简化框图，

图4示出了根据图3的图像处理单元的扩展实施，

图5是由X射线探测器拍摄的原始图像、在采用标准参数数组的条件下在图像处理单元中产生的最终图像、以及通过特定于使用者的后处理产生的修改后的最终图像的示例性对照。

在附图中，相互对应的部件和参数用相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1中示意性示出的X射线设备1包括X射线放射器2、X射线探测器3以及控制和处理***4。在X射线放射器2和X射线探测器3之间、在放射方向5上，设有景深光阑6和散射光栅7。在此，景深光阑6用于，从X射线放射器2产生的X射线束R中截取期望大小的部分光束，其穿过待检查的患者8或待检查物体以及散射光栅7而落在X射线探测器3上。在此，散射光栅7用于阻挡侧面的散射光束，该光束可能会使X射线探测器3拍摄的X射线图像失真。

X射线放射器2和X射线探测器3可调地安装在支架9上，或检查台的上面和下面。

控制和处理***4包括控制单元10，用于控制X射线放射器2和/或X射线探测器3，以及为X射线放射器2产生供电电压。控制单元10通过数据和供电导线11与X射线放射器2连接。控制和处理***4还包括图像处理单元12。图像处理单元12优选是数据处理装置13的组件，其除了图像处理软件之外还包含用于X射线设备1的操作软件。数据处理装置13通过数据和***总线14与控制单元10以及X射线探测器3连接。数据处理装置13还与外设、尤其是显示屏15、键盘16和鼠标17连接，用于输入和输出数据。

在图2中详细示出的X射线探测器3是所谓的固体探测器。它包括由非晶硅(aSi)制成的平面活动读取矩阵，其上敷有例如碘化铯(CsI)的X射线转换层19。在该X射线转换层19中，将出现在放射方向5上的X射线光束R转换为可见光，该可见光在读取矩阵18的光电二极管20中转换为电荷。这些电荷又被位置分辨地存储在读取矩阵18中。如图2中放大显示的剖面21所示，可以通过电激活22对应于每个光电二极管20的电子元件23，而按箭头方向24在只示意性示出的电路25上读出所存储的电荷。电路25通过放大和模拟-数字转换所读取的电荷而产生数字图像数据B。图像数据B通过数据和***总线14传送到图像处理单元12。

图像处理单元12优选以包含在数据处理装置13中的软件模块的形式实现。图3示出了图像处理单元12的简化方框图。根据图3，X射线探测器3产生的图像数据B首先输入到输入存储器26中。由此，该输入存储器26包含图像数据B，其对应于“原始图像”I₀，即未经处理的X射线图像。从输入存储器26出发，图像数据B被连续输入多个图像处理模块A_i(i＝1，2，...n)中，这些模块中每一个都按照预定方式修改图像数据B。图像处理模块A_i例如是图像锐化模块、滤波器模块(尤其是低通、高通、中值滤波器以及它们的组合)、对比度和亮度模块、取决于频带的滤波器模块或用于根据特征曲线修改图像数据的模块。每个图像处理模块A_i由一个或多个参数p_ij(i＝1，2，...n；j＝1，2，...m_i)控制。

例如可假设，第一图像处理模块A₁是用于边缘锐化的模块。作为对应于该模块A₁的参数p₁₁、p₁₂、p₁₃...例如可以采用滤波器核的参数、高通图像的混合度、其高低可使滤波器起作用或抑制滤波器的信号电平，等等。

此外，每个参数p_ij还可以包括一个数字或者一个特征曲线p_ij(x)，即函数依赖关系。

所有参数p_ij的集合称为参数数组P。参数数组P可以例如表示为二维字段或各参数p_ij的矩阵，或者以数字技术操作该数组。

在X射线设备1运行时，为图像处理模块A_i提供当前参数数组P^akt。该当前参数数组P^akt优选暂时存储在中间存储器27中。中间存储器27可以通过适当的控制指令28初始化，即用标准参数数组P^std的值覆盖。标准参数数组P^std又存储在标准存储器29中。用于初始化中间存储器27的控制指令28在启动X射线设备1时执行。此外，该指令还可以显式地例如通过由使用者操作“复位”键给出。在初始化之后，中间存储器27的内容与标准存储器29的内容一致。由此，X射线设备1工作在标准设置下。

由图像处理模块A_i根据参数p_ij的设置而修改的最终图像暂时存储在输出存储器30中，并可以显示在显示屏15上。只要图像处理单元12工作在其标准设置下，即当前参数数组P^akt与标准参数数组P^std一致，则存储在输出存储器30中的修改后的图像就称为标准图像I₁。使用者可以手动后处理显示在显示屏15上的X射线图像，其中，他对照标准设置来更改各参数。使用者例如通过键盘16和未详细示出的操作软件来完成这种更改。根据更改后的当前参数数组P^akt，通过图像处理模块A_i产生对照标准图像I₁的修改图像I₂，其被存储在输出存储器30中，并显示到显示屏15上。

如果使用者对X射线图像的更改感到满意，则永久存储该更改的图像I₂。该可靠性过程在图像处理单元12中触发控制指令31，根据该指令31产生更改后的当前参数数组P^akt的拷贝P^Nr.k(k＝1，2，...K)，并存储在更改存储器32中。每当使用者可靠存储更改后的图像I₂时都重复该过程。拷贝P^Nr.k被收集在更改存储器32中。当收集在更改存储器32中的拷贝P^Nr.k的数目达到预定阈值时，则在内部给出控制指令33，该指令33激活图像处理单元12的匹配模块34。

匹配模块34从拷贝P^Nr.k的参数P_ij ^Nr.k中根据等式1和等式2计算特定于参数的平均值，并获得包含平均参数<P_ij ^Nr.k>的优化参数数组<P^Nr.k>。该优化参数数组<P^Nr.k>作为新的标准参数数组P^std存储在标准存储器中。上述标准参数数组P^std的匹配也可以由使用者显式地通过采用(Absetzen)与控制指令33作用相同的控制指令35来触发。

在进行了标准参数数组P^std的匹配之后，通过重新采用控制指令28激活当前参数数组P^akt的内容。由此，标准图像I₁又自动与使用者的口味相匹配。

图4中所示的图像处理单元12的变形是对照上述实施方式的这样的扩展，即根据X射线设备1的特定用途提供不同的标准设置。根据图4，标准存储器29包含多个标准参数数组(P^std)l，下标l＝1，2，3，...其中，每个参数数组(P^std)l都对于一个待检查的器官、一次确定的X射线拍摄的投影和一次确定的发生器设置来优化。具有不同标准设置的各种器官可以例如是胸腔、臀部、腹部、头颅、四肢等；各种投影例如是横向、前向-后向、倾斜的等，X射线发生器的各种发生器设置例如根据供电电压的电压和电流强度、过滤或剂量而不同。此外，图像处理单元12还提供不同的特定于人员的使用者特性，也就是说，对不同的使用者又准备不同的参数数组(P^std)l。

为了能为图像处理选择合适的标准参数数组(P^std)l，使用者在进行检查之前指定待检查的器官、采用的投影和发生器设置，并给出其使用者标识。操作软件由此确定所属下标l，借助该下标识别所属标准参数数组(P^std)l。

根据图4的图像处理单元12的工作原理与根据图3的实施方式的变形对应。其区别只是，当前参数数组(P^akt)l和对应于标准参数数组(P^std)l的该参数数组的每个存储拷贝(P^Nr.k)l也取决于下标参数l。

对于优化过程的符合规定的功能，在此要注意，匹配模块34只将那些对应于相同下标l的拷贝(P^Nr.k)l用于产生平均值。

为清楚起见，在图5中以原始图像I₀、标准图像I₁和手动修改的图像I₂为例对照示出了X射线探测器3拍摄的人体胸腔的图像。为了进行图像处理，在此采用图像处理模块A₁，其根据特征曲线p₁(x)进行各图像点的灰度平移。在上面的图形36中示出了对应于标准设置的特征曲线p₁ ^std(x)。下面的图形37示出了与其对照的手动更改后的特征曲线p₁ ^akt(x)。

Claims (11)

1.一种用于对数字X射线图像进行图像处理的方法，其中，由至少一个图像处理模块(A_i)根据至少一个参数(p_ij ^akt)对图像数据(B)进行预定修改，其中，

-所述参数(p_ij ^akt)由当前参数数组(P^akt)输入到该图像处理模块(A_i)，该当前参数数组(P^akt)由标准参数数组(P^std)初始化，并可特定于使用者地更改，

-在该当前参数数组(P^akt)的更改得到肯定应答时存储更改后的当前参数数组(P^akt)的拷贝(P^Nr.k)，

-借助一个或多个存储的拷贝(P^Nr.k)确定优化参数数组(<P^Nr.k>)，以及

-将所述标准参数数组(P^std)与该优化参数数组(<P^Nr.k>)进行匹配。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化参数数组(<P^Nr.k>)由多个存储的拷贝(P^Nr.k)的特定于参数的平均值确定。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对当前参数数组(P^akt)更改的肯定应答通过存储修改后的图像数据(B)来触发。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当存储的拷贝(P^Nr.k)的数目(K)达到一预定阈值时，进行标准参数数组(P^std)的匹配。

5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，对不同器官的拍摄、不同的发生器设置和/或不同的投影存储不同的标准参数数组(P^std)，以及，根据所属的被拍摄器官、所属的发生器设置和/或所属的拍摄设置来考虑所述更改后的当前参数数组的拷贝(P^Nr.k)。

6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为至少两个使用者设置不同的标准参数数组(P^std)，以及，根据所属的使用者考虑所述更改后的当前参数数组的拷贝(P^Nr.k)。

7.一种用于X射线设备(1)的图像处理单元(12)，其具有：至少一个图像处理模块(A_i)，其构造为根据至少一个参数(p_ij ^akt)对图像数据(B)进行预定的修改；用于存储当前参数数组(p^akt)的中间存储器(27)；用于存储标准参数数组(P^std)的标准存储器(29)，该标准参数数组(P^std)被用于初始化该中间存储器(27)；用于特定于使用者地更改当前参数数组(P^akt)的装置；用于存储更改后的当前参数数组(P^akt)的至少一个拷贝(P^Nr.k)的更改存储器(32)；以及匹配模块(34)，用于借助存储的所述拷贝(P^Nr.k)产生优化的参数数组(<P^Nr.k>)，并用于匹配所述标准参数数组(P^std)和优化参数数组(<P^Nr.k>)。

8.如权利要求7所述的图像处理单元(12)，其特征在于，所述匹配模块(34)将多个存储的拷贝(P^Nr.k)的特定于参数的平均值确定为所述优化参数数组(<P^Nr.k>)。

9.如权利要求7或8所述的图像处理单元(12)，其特征在于，多个图像处理模块(A_i)相互连续地连接。

10.一种X射线设备(1)，其包括X射线放射器(2)、数字X射线探测器(3)以及控制和处理单元(4)，其中，该控制和处理单元(4)包括如权利要求7至9中任一项所述的图像处理单元(12)。

11.如权利要求10所述的X射线设备(1)，其特征在于，所述X射线探测器(3)是具有非晶硅活动读取矩阵(18)的固态探测器。

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