專利名稱：利用時間濾波器來增強醫(yī)學(xué)圖像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理在噪聲圖像的序列中的圖像的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于對噪聲進行時間濾波的裝置。本發(fā)明還涉及一種包括這樣的系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。本發(fā)明可以用于制造醫(yī)學(xué)X射線檢查設(shè)備。
背景技術(shù)：
在專利US 6,151,417中已經(jīng)描述了一種具有用于對圖像序列中的噪聲進行時間濾波的裝置的醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于濾波表示諸如導(dǎo)管或光導(dǎo)纖維之類的很細的對象的圖像序列中的噪聲的裝置，所述圖像不排除表示處于運動中的這種很細的對象的圖像部分。該系統(tǒng)包括用于處理在噪聲圖像的序列中的圖像的裝置，該裝置包括用于在噪聲圖像中的指定位置提取噪聲時間樣本以及用于提供形成噪聲濾波的圖像的相應(yīng)的時間濾波的樣本的裝置。所述系統(tǒng)包括來自一組過去(以及最終未來)幀的時間序列中的圖像的時間濾波。時間濾波器包括自適應(yīng)過程，該自適應(yīng)過程相對于幀序列的內(nèi)容(高或低運動、高或低噪聲級)調(diào)節(jié)所濾波的功率。
二維空間濾波裝置，其被應(yīng)用于所述差別圖像以便增強空間相干樣本并提供與所述空間相干樣本有關(guān)的運動的概率的測量。所述已知系統(tǒng)可以實時地工作。它可以對具有運動的對象以及不具有運動的對象的所述圖像部分進行時間濾波，以便不使對象的邊緣模糊并且不丟失運動中的很小的對象。噪聲峰值被減小。
在已知的系統(tǒng)中遇到了至少兩個問題1)第一個問題涉及表示處于運動中的具有明顯界面的對象的噪聲圖像。在由已知系統(tǒng)處理的這種圖像中存在噪殘尾。這是因為這樣的事實，即所提出的濾波器在移動界面或移動邊緣附近使其自身適應(yīng)時間不連續(xù)性。當檢測到時間不連續(xù)性時，所述濾波器以使其時間積分的功率(power)最小化來進行反應(yīng)。這導(dǎo)致噪聲穿透(break-through)。該缺陷在陡邊緣的情況下特別嚴重。它可以通過運動估計和運動補償被削弱。但是該補償決非理想。
2)第二個問題涉及表示具有緩慢空間變化區(qū)域例如運動中的背景區(qū)域的移動對象的噪聲圖像。時間濾波器的目的是估計時間不連續(xù)性。由于運動中的這種緩慢空間變化區(qū)域呈現(xiàn)很小的時間反差值，因此它們產(chǎn)生低的時間梯度，并且它們可能被誤認為噪聲。在該情況下，濾波器功率高，這導(dǎo)致緩慢變化區(qū)域的不希望有的平滑。所處理的圖像在位于所考慮區(qū)域中的對象之前和之后呈現(xiàn)跡線。此外，所述平滑的對象被時間濾波過程模糊。該情況也可以在當強度在產(chǎn)生強度梯度的緩慢變化的時間序列中緩慢變化時的情況中出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種圖像處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有用于克服上述缺陷的裝置。尤其是，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有處理裝置，用于采集數(shù)字圖像的序列；將時間序列的每個圖像分解成稱為切片(slice)的子圖像信號，每個切片表示不同的空間頻帶；對每個切片進行單獨時間濾波；從時間濾波的切片來重建圖像。例如，所述信號分解可以通過使用公知的拉普拉斯或高斯金字塔(pyramid)來實現(xiàn)，從而導(dǎo)致每個圖像被分解成一組不同分辨率的切片。所述切片的時間濾波可以利用自適應(yīng)濾波器來執(zhí)行，所述自適應(yīng)濾波器可以具有運動補償和/或可以是遞歸自適應(yīng)濾波器。
本發(fā)明進一步涉及一種圖像查看(viewing)系統(tǒng)，其用于增強在噪聲圖像的序列中表示的感興趣的對象以及用于顯示增強的圖像的序列。本發(fā)明還涉及一種用于所述系統(tǒng)的計算機可執(zhí)行的圖像處理方法。本發(fā)明進一步涉及一種與這樣的系統(tǒng)連接的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。該設(shè)備提供了下述優(yōu)點，即它提供了更好的圖像，尤其是在被形成圖像的對象的照明強度低的情況下；不過它仍然使操作者能夠在顯示圖像序列期間精確地跟蹤處于運動中的很細的對象。本發(fā)明例如在心臟病學(xué)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中獲得它的應(yīng)用，以用于在濾波電子噪聲時增強諸如導(dǎo)管或?qū)Ь€之類的感興趣的細的運動對象。


下文參考示意圖來詳細地描述本發(fā)明的實施例，其中
圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的裝置的功能框圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)的裝置的更詳細的功能框圖，其說明在多分辨率方案內(nèi)的時間濾波；圖3說明在拉普拉斯金字塔分解情況下的信號頻譜劃分；圖4說明圖2的圖像分解；圖5是使用本發(fā)明的系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備的功能框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及一種查看系統(tǒng)，并且尤其涉及一種醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)，以及一種用于所述查看系統(tǒng)的圖像處理方法，以用于增強在噪聲圖像的序列中的感興趣的對象以及用于顯示所增強的圖像的序列。所述查看系統(tǒng)和方法具有采集、處理和實時顯示圖像的裝置。本發(fā)明的所述查看系統(tǒng)和圖像處理方法在下文中作為應(yīng)用于心臟病學(xué)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的例子來進行描述。在所述應(yīng)用中，感興趣的對象例如為導(dǎo)管。該對象在被稱為血管成形術(shù)的醫(yī)學(xué)介入期間在X射線圖像的序列中被觀察。所述系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用于不同于導(dǎo)管的任何其它感興趣的對象。感興趣的對象可以相對于參考圖像移動；并且背景可以相對于所述對象或器官移動。
自適應(yīng)時間遞歸濾波(ATR)是尤其在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域中處理噪聲降低時的關(guān)鍵技術(shù)。只要圖像序列是可用的，以及只要那些序列的圖像被沿著時間軸非常不相關(guān)的噪聲所破壞(這是最通常的情況)，該技術(shù)就可應(yīng)用。ATR濾波的基本原理在于對每個像素建立一組像素的加權(quán)平均值，所述像素位于圖像中的相同空間位置，但是屬于沿時間軸的不同圖像。由于所述破壞噪聲沿該軸非常不相關(guān)，因此該求平均操作的結(jié)果將是在所得的圖像中的噪聲級的降低。通常，該加權(quán)求平均操作利用遞歸濾波器來實現(xiàn)。
為了保存信號，必須處理所考慮的對象的自然或視運動。例如，所述成像系統(tǒng)可以具有執(zhí)行作為在每個像素處觀察到的時間不連續(xù)性的函數(shù)的時間遞歸濾波器的積分系數(shù)的自適應(yīng)的裝置。因此，對于指定像素，如果時間不連續(xù)性大大超過噪聲級，那么運動被判斷出并且在該像素位置的濾波被減小，直至必要時完全取消。相反，如果運動不連續(xù)性具有與噪聲級相同的數(shù)量級，那么當確定在那個像素位置不存在運動時濾波被應(yīng)用一直到最大級。
然而，該技術(shù)至少存在兩個缺陷。
一方面，在圖像中移動的對象的邊緣(稱為移動邊緣)的附近，濾波器自然地關(guān)閉，這導(dǎo)致邊緣保存的積極效果，但是這也在這些邊緣附近引起局部噪聲穿透。
另一方面，如果存在大的緩慢移動和緩慢空間變化的背景質(zhì)量，那么它們可能僅僅產(chǎn)生不超過噪聲級的微小的時間不連續(xù)性。在那樣的情況下，那些大質(zhì)量將被時間積分，從而產(chǎn)生某種程度的偽像。
本發(fā)明提出一種圖像處理系統(tǒng)，其具有用于克服這兩個缺陷的裝置。參考圖1，該系統(tǒng)包括1)分解裝置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來將所考慮的序列的圖像I的頻譜劃分成若干被稱為切片的子圖像；2)濾波裝置20，用于當例如使用拉普拉斯金字塔時對與高頻相關(guān)的金字塔的所有子帶或切片進行時間濾波，但是保持低頻完整。這導(dǎo)致若干時間濾波器并行應(yīng)用于不同的切片上。每個時間濾波器被單獨地調(diào)諧，并且該調(diào)諧適于輸入圖像及其相關(guān)切片的頻譜內(nèi)容。在優(yōu)選實施例中，所述系統(tǒng)具有用于將自適應(yīng)時間遞歸濾波器(ATR)應(yīng)用到所述金字塔的所有子帶上同時保持低頻完整的裝置。
3)重組裝置30，用于從所述低頻和從所述濾波的子帶來重組結(jié)果圖像R。
本發(fā)明的系統(tǒng)解決了兩個問題。一方面，該系統(tǒng)能夠保持低頻完整，這使得能夠保存緩慢空間變化的背景質(zhì)量，因為它們主要位于頻譜的低頻部分。另一方面，由于該系統(tǒng)具有在其它子帶中應(yīng)用不同ATR濾波器的裝置，因此該系統(tǒng)允許在頻譜的一些子帶中濾波產(chǎn)生低時間變化的那些邊緣像素。
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明，所述成像系統(tǒng)更具體地包括1)處理裝置10，用于執(zhí)行圖像序列的圖像I的子采樣，該子采樣被稱為分解。這些處理裝置產(chǎn)生數(shù)目為N的子采樣圖像。例如，對于拉普拉斯分解，這導(dǎo)致被稱為子帶或切片Bi(i＝0，…，N-1)的子采樣圖像以及序列的每個圖像的低分辨率切片Hi(i＝0，…，N)。
時間濾波裝置，優(yōu)選是自適應(yīng)時間遞歸(ATR)濾波器20，它接收子樣本Bi和低分辨率子圖像HN，從而產(chǎn)生時間濾波的子樣本Fi和FN。
處理裝置30，用于從時間濾波的子樣本Fi來執(zhí)行重組操作，從而產(chǎn)生濾波的圖像信號R。
參考圖2，分解裝置10可以包括拉普拉斯或高斯多分辨率金字塔分解級。在拉普拉斯分解的情況下，這導(dǎo)致如圖3上所示的輸入圖像I的頻譜分解。
圖4說明將序列的圖像I分解成四個不同分辨率的子圖像。
由圖2所說明的例子的分解裝置包括三個分解模塊11、12、13，其產(chǎn)生三個子帶B0、B1、B2(以減小的分辨率)以及在可以保持完整的低頻帶中的切片H3。
對序列的每個圖像進行分析或分解。
2)濾波裝置20，包括若干濾波模塊21、22、23、24，每個模塊被應(yīng)用到每個相應(yīng)的子帶或切片B0、B1、B2，并且(最終)被應(yīng)用到低分辨率H3。這些模塊的時間濾波器可以是相同的或不同的。它們由用于控制它們的積分功率的參數(shù)來表征。這些若干時間濾波器用來高度地濾波在最高頻率中的子帶以及低度地濾波在最低頻率中的子帶。
由于不同的切片被單獨地濾波，因此濾波器的這種結(jié)合解決了上面揭示的兩個問題。應(yīng)用于低頻子帶的模塊24可以起微弱的作用或者不起作用以便保持低頻。相反，子帶B0中的高頻可以被高度地濾波。
3)處理裝置30，用于執(zhí)行序列的圖像的重組。在每個圖像的重組的結(jié)果R中，低頻保持完整或者僅僅被微弱地時間濾波，這解決了上面揭示的第二個問題。相反，在該結(jié)果R中高頻被高度地濾波，這解決了上面揭示的第一個問題。
所述切片可以是小而多的或者大而少的。各個切片之間的影響可以不同，特別是在最高頻率中影響較大。事實上，所述高頻由具有凈運動的陡邊緣來表征。因此，在最高頻率中使用最強的濾波是有利的。
考慮例如由諸如脈管的橫截面之類的對象組成的圖像序列。所述壁是在血壓下運動的邊緣。所述壁在高頻的切片中被表示，并且將被高度地時間濾波。管腔處于低頻的切片中，并且將不被濾波或者被微弱地時間濾波。重組圖像將最好地被改善。使用現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)不可能是這樣的情況，因為高頻的壁和低頻的管腔以相同的方式被濾波。
關(guān)于運動的空間不連續(xù)性，該不連續(xù)性可能在切片中分布不均勻。時間不連續(xù)性在切片之間可能不同。本發(fā)明的時間濾波器的系統(tǒng)可以解決該不同。
模塊20的時間濾波器例如可以是如在專利US 6,151,417中所述的?？梢允褂梦疵枋龅钠渌鼤r間濾波器。時間濾波器可以是遞歸的，并且可以包括用于補償運動和用于配準的補償裝置。該專利描述了函數(shù)f，其控制積分的強度。所述函數(shù)的高度提供了積分的功率，斜率限定了模糊度，并且切割橫坐標指定噪聲和運動之間的分離點。這些參數(shù)可以適于每個切片。
圖5示出醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備50的圖。所述設(shè)備具有用于采集圖像序列的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的裝置51，并且被連接到如上所述的醫(yī)學(xué)查看系統(tǒng)53，以用于根據(jù)上述的處理技術(shù)來處理這些數(shù)據(jù)。所述醫(yī)學(xué)查看系統(tǒng)通常用于介入室中或靠近介入室以處理實時圖像。如果本方法的步驟被應(yīng)用于存儲的醫(yī)學(xué)圖像，例如以用于估計醫(yī)學(xué)參數(shù)，那么用于處理存儲圖像的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)將被稱為醫(yī)學(xué)查看站。所述醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備通過至系統(tǒng)53的連接57來提供圖像數(shù)據(jù)。所述系統(tǒng)向顯示裝置和/或存儲裝置提供處理的圖像數(shù)據(jù)。顯示裝置54可以是屏幕。存儲裝置可以是系統(tǒng)53的存儲器。所述存儲裝置可以替換地是外部存儲裝置。該圖像查看系統(tǒng)53可以包括適當編程的計算機或具有諸如LUT、存儲器、濾波器、邏輯算子之類的電路裝置的專用處理器，所述電路裝置被設(shè)置成執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的功能。系統(tǒng)53也可以包括鍵盤55和鼠標56。圖標可以被設(shè)置在屏幕上以由鼠標點擊來激活，或者可以在系統(tǒng)上設(shè)置專門按鈕以構(gòu)成供用戶啟動的控制裝置58，以控制持續(xù)時間或者在所選階段停止系統(tǒng)的處理裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于在序列的圖像中減小噪聲和增強邊緣的圖像處理系統(tǒng)，包括分解空間圖像信號以產(chǎn)生不同內(nèi)容的切片的裝置；用于根據(jù)所述內(nèi)容來不同地濾波所述切片的時間濾波的裝置；從所述時間濾波的切片來重組所述序列的圖像的裝置。
2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分解是利用金字塔分解的裝置來執(zhí)行的。
3.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述時間濾波的裝置包括自適應(yīng)濾波。
4.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述時間濾波的裝置包括運動補償。
5.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述時間濾波的裝置包括遞歸自適應(yīng)濾波。
6.權(quán)利要求1-5之一所述的系統(tǒng)，進一步包括用于顯示所述序列的圖像的成像裝置。
7.一種用于如權(quán)利要求1-6之一所述的系統(tǒng)中的成像設(shè)備，包括適當?shù)木幊痰挠嬎銠C或具有被設(shè)置成處理圖像的電路裝置的專用處理器。
8.一種用于如權(quán)利要求1-6之一所述的系統(tǒng)中的計算機程序產(chǎn)品，包括用于執(zhí)行圖像處理的一組指令。
9.一種醫(yī)學(xué)檢查成像設(shè)備，具有用于采集醫(yī)學(xué)圖像的序列的裝置，并且具有根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的查看系統(tǒng)，所述查看系統(tǒng)用于處理和顯示所述圖像序列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在序列的圖像中減小噪聲和增強邊緣的圖像處理系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括分解空間圖像信號以產(chǎn)生不同內(nèi)容的切片的裝置；用于根據(jù)所述內(nèi)容來不同地濾波所述切片的時間濾波的裝置；以及從所述時間濾波的切片來重組所述序列的圖像的裝置。所述分解可以利用金字塔分解的裝置來執(zhí)行。所述時間濾波的裝置包括運動補償和/或遞歸自適應(yīng)濾波。該系統(tǒng)可以進一步包括用于顯示所述序列的圖像的成像裝置。本發(fā)明進一步涉及一種連接到該系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備。
文檔編號G06T5/00GK1860500SQ200480027270
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月22日
發(fā)明者R·弗洛倫特, C·薩姆森, M·皮卡德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司