CN1835713A - 对x射线图像进行图像处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了在对X射线图像进行图像处理时简化对数字X射线装置(1)的设置本发明提出了一种方法和实施该方法的图像处理单元。由至少一个图像处理模块(A_i)根据至少一个参数(p_ij)对X射线图像的图像数据(B)进行预定的修改，其中，向该图像处理模块(A_i)输入来自当前参数组(P^akt)的参数(p_ij)，存储多个标准参数组(P^Nr.k)，从这些标准参数组中选择当前参数组，采用存储的图像数据对每个标准参数组(P^Nr.k)显示一个所属的模板图像(V^Nr.k)，其中通过选择所属的模板图像(V^Nr.k)来选择标准参数组(P^Nr.k)。

Description

对X射线图像进行图像处理的方法和装置

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，其中由至少一个图像处理模块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执行所述方法的图像处理单元，以及包含该图像处理单元的X射线装置。

背景技术

几年来数字X射线检测器改变了经典的放射照相术以及血管照相术和心脏血管照相术。数字X射线检测器的各种技术已经部分地长期使用或者才进入市场成熟阶段。这些数字技术包含基于电视摄像机或CCD摄像机的图像放大摄像***、具有集成或外部读取单元的存储器薄膜***、基于硒的具有静电读取装置的检测器，和具有能直接或间接转换X射线辐射的活跃读取矩阵的固定体检测器。

与经典的、用X射线胶片工作的放射照相术相反，X射线图像在数字X射线装置中以电子形式存在，也就是以图像数据的形式存在。这使得可以对X射线图像在进行显示之前在显示屏上用电子图像处理装置进行处理，例如为了能特别好的看见医疗应用中的待检查器官或所查找的患病阳性结果。数字图像处理的常用方法包括逐像素地采用特征曲线来根据灰度值改变X射线图像的颜色或亮度，滤波器操作，如低通滤波器、高通滤波器或中值滤波器的应用，依据频带的滤波，对比度或亮度操作(还称为窗化)等。

大量可供使用的可调节参数通常导致同样的由X射线检测器提供的原始图像可能被处理为就其光学印象差别很大的最终图像。但对不同的放射科医生来说，所期待的并作为最佳感受的图像印象一般是不同的。这导致在安装X射线***时一般必须针对图像处理来进行个性化的调节，以便将X射线装置产生的最终图像与放射科或甚至各个放射科医生的口味或学派相匹配。

该调节过程通常必须在完成安装的技师和使用人员、也就是放射科医生或其它应用专业人员的紧密配合下进行，因为抽象参数的调节需要对图像处理技术的详细知识，这些知识通常不是受过医学教育的应用人员所必备的。因此X射线装置的安装就带来了很高的人员和时间花费。这尤其是因为对于每个由X射线装置拍摄的器官(胸腔、臀部、腹部、头颅、四肢等)、每个拍摄投影(横向、前后、倾斜的等等)以及必要时的不同发生器设置(电压、电流、滤波、剂量)都要产生不同的图像处理参数组。

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，其简化了对用于进行图像处理的参数的特定于用户的匹配。本发明还要解决的技术问题是提供一种图像处理单元和包含该图像处理单元的X射线装置，它们可以被简单地安装。

根据本发明，向图像处理单元的至少一个图像处理模块输入来自当前参数组的参数，该图像处理模块根据至少一个参数对图像数据进行预定的修改。为了对图像处理进行特定于用户的调节，在模板存储器中存储多个标准参数组，从这些标准参数组中可以选择当前参数组。同时在图像模板存储器中存储了图像数据，采用该图像数据可以对每个存储的标准参数组显示一个所属的模板图像供使用者选择。根据本发明，从提供的标准参数组中选择当前参数组不是直接进行的，而是通过使用者选择所属的模板图像实现的。

中间存储器、模板存储器和图像模板存储器优选是一个或多个共同使用的存储介质(如计算机的工作存储器或磁盘)上的限定区域。

本发明的方法和所属的图像处理单元使得可以直观地调节X射线装置，因为对使用者来说所期望的图像处理的方式不是借助抽象参数组而供选择的，而是借助向使用者传达图像处理的期待最终结果的具体印象的模板图像。由此为了设置X射线装置，不需要关于图像处理技术细节的详细知识，如关于各个参数的效果的知识。因此可以利用本发明的方法在最大程度上独立于医疗应用人员、且尤其是无需技术人员支持地对X射线装置进行设置。

在本发明方法的简单形式中，可以从所提供的标准参数组中只选择一个单独的标准参数组，该参数组在选择时同样被作为当前参数组接受。此外在本发明的优选实施方式中，使用者还可以同时选择多个标准参数组，然后根据这些标准参数组通过插值产生当前参数组。为此在优选的实施方式中，图像处理单元具有一个组合模块，所选择的标准参数组输入该组合模块。

优选地，当前参数组由所选择的标准参数组的特定于参数的线性组合来构成，其中各个选出的标准参数组优选可以由使用者进行任意加权。“特定于参数的”在此意思是，线性组合针对该参数组的每个参数单独形成。如果该参数组包括二维域或者参数p_ij(i，j＝1，2，3，...)矩阵，则从所提供的标准参数组p^Nr.k(k＝1，2，...，K)中选择的标准参数组p^Nr.l(l＝k₁，k₂，...，其中k₁，k₂，...∈1，2，...，K)的特定于参数的线性组合通过公式1表示：

$p_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{akt}}=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{a}_l\·p_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{Nr}.l}$ 公式1

符号p_ij ^Nr.l在公式1中表示参数p_ij，该参数包含在所选择的标准参数组p^Nr.l中。同样，符号p_ij ^akt表示当前参数组p^akt中的参数p_ij。公式1对所有选择的标准参数组p^Nr.l(l＝k₁，k₂，...)进行求和。符号a_l表示所选择的标准参数组p^Nr.l的加权因子。每个加权因子a_l都是一个其值介于0到1之间的数，其中所有加权因子a_l(l＝k₁，k₂，...)的和等于1。

如果参数组包含以函数形式定义的参数p_ij(x)，则特定于参数的线性组合通过公式2表示：

$p_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{akt}}\left(x\right)=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{a}_l\·p_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{Nr}.l}\left(x\right)$ 公式2

在本方法的变形中，针对每个标准参数组存储已经处理过的模板图像。也就是说，相对于作为基础的原始图像来说，每个存储的模板图像都已经被按照所属的标准参数组进行了修改。这些图像数据可以直接显示给使用者。因此在该方法变形中，模板图像的显示带来较少的数据处理代价。

与此相对，在本发明方法的另一实施方式中，存储对应于由X射线装置拍摄的原始图像的图像数据。

在此，模板图像在显示前才产生，其中将所存储的原始图像数据首先输入图像处理模块，并相应于所属的标准参数组进行修改。该方法变形的优点是其灵活性。尤其是在该方法变形中，还可以毫无问题地更改标准参数组，而不必更换所存储的图像数据。

合适的是使所提供的存储的标准参数组多样化，使得对于不同的待检身体部位(如胸腔、臀部、腹部、头颅、四肢等)、每个拍摄投影(如横向、前后)以及必要时的不同发生器设置(如电压、电流、滤波、剂量)存储不同的标准参数组。

根据本发明，上面描述的图像处理单元包含在具有权利要求10的特征的X射线装置中。该X射线装置尤其包括用于产生X射线辐射的X射线辐射器和用于拍摄X射线图像的数字X射线检测器。X射线图像以图像数据的形式输入本发明的图像处理单元中，该图像处理单元是优选由计算机支持的控制和分析***的组件。

所述X射线装置的优点尤其是在于，在其安装时简化了对图像处理参数的必需的设置过程，并且可以在最大程度上独立于应用人员地进行。

附图说明

下面参照附图详细解释本发明的实施例。其中示出：

图1以示意图示出X射线装置，包括X射线辐射器、数字X射线检测器以及包括图像处理单元的控制和分析***，

图2以透视和部分剖面的示意图示出X射线检测器，

图3以简化的框图示出图1装置的图像处理单元，

图4以根据图3的显示示出图像处理单元的一种扩展的实施方式，

图5以根据图3的显示示出图像处理单元的另一种实施方式，

图6以示例性的对比显示示出由X射线检测器拍摄的原始图像和两个采用不同标准参数组修改的最终图像。

附图中对应的部件和参数始终用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1中示意性示出的X射线装置1包括X射线辐射器2、数字X检测器3以及控制和分析***4。在X射线辐射器2和X射线检测器3之间在辐射方向5上连接了深度光阑6和散射光栅7。深度光阑6在此用于从X射线辐射器2产生的X射线辐射束R中切割出期望大小的一个子光束，该子光束穿过待检查患者8或待检查物体以及散射光栅7并落在X射线检测器3上。散射光栅7在此用于遮盖边缘的散射光束，这些散射光束会使X射线检测器3拍摄的X射线图像产生失真。

X射线辐射器2和X射线检测器3可调节地安装在支架9上，或安装在检查诊疗床的上面和下面。

控制和分析***4包括控制单元10，用于控制X射线辐射器2和/或X射线检测器3以及为X射线辐射器2产生供电电压。控制单元10通过数据和供电导线11与X射线辐射器2连接。控制和分析***4还包括图像处理单元12。图像处理单元12优选是数据处理设备13的组件，该数据处理设备除了进行图像处理的软件之外还包含用于X射线装置1的操作软件。数据处理设备13通过数据和***总线14与控制单元10以及X射线检测器3连接。为了输入和输出数据，数据处理设备13还与外设、尤其是显示屏15、键盘16和鼠标17连接。

图2中详细示出的X射线检测器3是所谓的固定体检测器。该固定体检测器包括由非晶硅(aSi)制成的平面活跃读取矩阵18，该读取矩阵被涂以例如由碘化铯(CsJ)制成的X射线转换层19。在X射线转换层19中，将辐射方向5上出现的X射线辐射束R转换为可见光，该可见光在读取矩阵18的光电二极管20中被转换为电荷。这些电荷又被位置分辨地存储在读取矩阵18中。所存储的电荷如在图2中放大显示的片断21所示可以通过在箭头24方向上电激活22与每个光电二极管20对应的开关元件23在只示意性示出的电子电路25上读出。电子电路25通过放大和模拟-数字转换所读取的电荷来产生数字图像数据B。图像数据B通过数据和***导线14传递到图像处理单元12。

图像处理单元12优选以实施在数据处理设备13中的软件模块来实现。在图3中示出图像处理单元12的简化框图。由X射线检测器3产生的图像数据B首先输入输入存储器26。输入存储器26因此包含图像数据B，其对应于“原始图像”I₀、即未处理过的原始图像。从输入存储器26将图像数据B连续输入多个图像处理模块A_i(i＝1，2，..n)，其中每个图像处理模块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(尤其是低通滤波器、高通滤波器和中值滤波器及其组合)、对比度和亮度模块、根据频带的滤波器模块、或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，假定第一图像处理模块A₁是用于突出边缘的(“边缘增强”)的模块。作为与该模块对应的参数p₁₁，p₁₂，p₁₃，...例如可以采用滤波器核的大小、高通图像的混合度、滤波器在其上或其下产生作用或被抑制的信号电平等等。

每个参数p_ij还可以包含一个数字或一条特征曲线p_ij(x)，也就是函数依赖性。

所有参数p_ij的整体被称为参数组P。参数组P例如可以作为各个参数p_ij的二维域或矩阵显示或以数据技术来管理。

在X射线装置1运行时向图像处理模块A_i提供当前参数组P^akt。该当前参数组P^akt优选存储在中间存储器27中。

当前参数组P^akt中包含的参数值形成图像处理单元12的基本设置。图像处理模块A_i根据当前参数组P^akt中存储的参数p_ij来修改图像数据B。这样修改后的图像数据B(现在包含“最终图像”I₁)将存放在输出存储器28中。然后最终图像I₁可以显示在屏幕15上。

如果最终图像I₁与使用者的期望不一致，则使用者可以更改当前参数组P^akt并因此更改图像处理的设置。为此图像处理单元12具有模板存储器29，其中存储总数为K(K＝2，3，4，...)的标准参数组P^Nr.k。在此字母k(k＝1，2，3，...)表示序号，用于标识各个标准参数组P^Nr.1，P^Nr.2，...。

在图3中显示的图像处理单元12的简单变形中，使用者可以从所提供的标准参数组P^Nr.k中选择一个标准参数组P^Nr.l(l∈1，2，...K)，该标准参数组对应于当前的参数组P^akt，也就是说其参数设置被转移到当前参数组P^akt上。

为了能够让使用者直观地选择期望的标准参数组P^Nr.l，图像处理单元12还包含图像模板存储器30。在图像模板存储器30中以图像数据B的形式针对每个标准参数组存储一个可在屏幕15上显示的模板图像V^Nr.k。每个模板图像V^Nr.k对应于一个最终图像，也就是根据所属的标准参数组P^Nr.k的参数值修改的原始图像。由此模板图像向使用者展示了就图像处理来说的哪个最终结果在选择特定标准参数组P^Nr.k时是期待的这样的可视印象。使用者现在间接选择期望的标准参数组P^Nr.k，其中该使用者选择所属的模板图像V^Nr.k。这例如通过使用者用鼠标17点击屏幕15上显示的模板图像V^Nr.k或利用键盘16输入相应的序号k或模板图像的其它标识来进行。该方法的一个重大优点特别是在于使用者不需要再被迫接触图像处理的抽象参数p_ij。这尤其是为那些不具备图像处理的细节技术知识的使用者简化了对X射线装置1的操作。

优选地，为针对待检查的不同身体部分或身体器官的不同标准参数组P^Nr.k提供了不同的拍摄投影和X射线产生器的不同设置。例如前面5个标准参数组P^Nr.1至P^Nr.5包含不同的图像处理变量，这些变量用于在前部拍摄投影(前后)和特定的产生器设置时拍摄胸腔。接下来的5个标准参数组P^Nr.6至P^Nr.10例如可以在后部拍摄投影时为胸腔拍摄提供不同的参数设置，等等。很容易看出，为所有标准情况提供的标准参数组P^Nr.k的数量可以非常大。为了让使用者容易地从该多个标准参数组P^Nr.k中进行选择，合适的是具有一个能将使用者逐步引向目标的菜单引导(未详细示出)。例如要求使用者首先指定待检查的器官、最期望的拍摄投影以及产生器设置。为了选择要采用的参数组，接着向使用者只显示那些对应于预先选择的由器官、投影和产生器设置构成的组合的模板图像V^Nr.k。

图4显示了图像处理单元12的扩展实施方式。在该实施方式中，使用者不仅可以简单地选择一个标准参数组P^Nr.l作为当前参数组P^akt，而且使用者还可以同时选择多个标准参数组P^Nr.l(l＝k₁，k₂，...，其中k₁，k₂∈1，2，...K)，根据这些标准参数组在组合模块31中内插出当前参数组P来。使用者在此进行加权选择，也就是说要求使用者通过给定所属的加权因子a₁来指定所选择的每个标准参数组P^Nr.l的相对大小。

使用者例如可以以权重比例40∶60来选择第一参数组P^Nr.1和第三参数组P^Nr.3。这对应于在此采用的k₁＝1，k₂＝3以及a₁＝0.4，a₃＝0.6。组合模块31利用所选择的标准参数组P^Nr.l和加权因子a₁通过根据公式1和2形成特定于参数的线性组合来产生当前参数组P^akt。结果作为新的当前参数组P^akt而存储在中间存储器27中。

在图5所示的图像处理单元12的变形中，图像模板存储器30中存储的不是最终图像而是原始图像模板V_o(o＝1，2，3...)。图像模板存储器30优选包含待检查的不同器官在不同拍摄投影和不同产生器设置下的原始图像，下标o在此用于标识单个原始图像模板V_o。

为了显示与预定标准参数组P^Nr.k对应的模板图像V^Nr.k，首先(以未详细示出的方式)选择原始图像模板V_o，该原始图像模板V_o就器官、拍摄投影和产生器设置的组合来说与标准参数组P^Nr.k一致。该原始图像模板V_o被输入处理模块A_i，并根据标准参数组P^Nr.k中包含的预定参数p_ij ^Nr.k进行修改。通过这种方式从原始图像模板V_o中产生的模板图像V^Nr.k将显示在屏幕15上。

为了说明起见在图6中将X射线检测器3拍摄的胸腔照片以原始图像I₀和以两个不同的最终图像I₁、I₁’对照显示。为了进行图像处理在此曾分别采用处理模块A₁，该处理模块根据特征曲线、即函数参数p₁(x)来对各个图像点进行灰度平移。最终图像的不同光学印象是因为用于产生最终图像的参数p₁(x)是从不同的标准参数组P^Nr.1和P^Nr.2中提取出的。

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)对图像数据(B)进行预定的修改，其中

-向该图像处理模块(A_i)输入来自当前参数组(P^akt)的参数(p_ij)，

-存储多个标准参数组(P^Nr.k)，从这些标准参数组(P^Nr.k)中选择当前参数组(P^akt)，

-采用存储的图像数据对每个标准参数组(P^Nr.k)显示一个所属的模板图像(V^Nr.k)，

-通过选择所属的模板图像(V^Nr.k)来选择标准参数组(P^Nr.k)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可以同时选择多个标准参数组(P^Nr.k)，并从所选择的标准参数组(P^Nr.l)中产生当前参数组(P^akt)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前参数组(P^akt)通过对所选择的标准参数组(P^Nr.k)进行特定于参数的线性组合来产生。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，为了显示所述模板图像(V^Nr.k)而存储相应于所属的标准参数组(P^Nr.k)修改的最终图像的图像数据(B)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，存储原始图像(V_o)的图像数据(B)，为了显示所述模板图像(V^Nr.k)通过所述至少一个图像处理模块(A_i)根据所属的标准参数组(P^Nr.k)来修改该图像数据(B)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，为不同的待检器官、不同的拍摄投影和/或不同的产生器设置存储不同的标准参数组(P^Nr.k)。

7.一种用于X射线装置(1)的图像处理单元(12)，具有至少一个图像处理模块(A_i)，其用于根据至少一个参数(p_ij)对图像数据(B)进行预定的修改，具有模板存储器(29)，其中存储了多个标准参数组(P^Nrk)，从这些标准参数组(P^Nr.k)中可以选择当前参数组(P^akt)，还具有图像模板存储器(30)，其中存储图像数据(B)，用这些图像数据(B)可对每个标准参数组(P^Nr.k)显示所属的模板图像(V^Nr.k)，其中，选择一个模板图像(V^Nr.k)并通过选择该模板图像(V^Nr.k)来选择所属的标准参数组(P^Nr.k)。

8.根据权利要求7所述的图像处理单元(12)，其特征在于，可以同时选择多个标准参数组(P^Nr.k)，以及具有组合模块(31)，其用于从所选择的标准参数组(P^Nr.k)中产生当前参数组(P^akt)。

9.根据权利要求8所述的图像处理单元(12)，其特征在于，所述组合模块(31)用于从所选择的标准参数组(P^Nr.k)的特定于参数的线性组合中计算出所述当前参数组(P^akt)。

10.一种X射线装置(1)，具有X射线辐射器(2)、数字X射线检测器(3)和控制与分析***(4)，其中该控制与分析***(4)包括根据权利要求7至9中任一项所述的图像处理单元(12)。

11.根据权利要求10所述的X射线装置(1)，其特征在于，所述X射线检测器(3)是具有由非晶硅制成的活跃读出矩阵(18)的固体检测器。

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