專利名稱：醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施方式在此公開一般涉及醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。
背景技術(shù)：
在X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影(Computed Tomography 以下稱為X射線CT)裝置中， 為了實(shí)現(xiàn)更高的分辨率，噪音是來自取得X射線CT圖像的初期時(shí)的重要問題。發(fā)展噪音降低技術(shù)中主要關(guān)注的問題在于維持關(guān)注的臨床醫(yī)學(xué)上重要的生物體組織的構(gòu)造。關(guān)于該一點(diǎn)，與低通濾波器有關(guān)的技術(shù)作為有效性的噪音降低濾波器而被周知。然而，在被噪音降低處理后的圖像中，臨床上的生物體組織的構(gòu)造存在被丟失的傾向。即，低通濾波器的技術(shù)一般是為了改良圖像(例如，X射線CT圖像等)中的大的構(gòu)造的檢測靈敏度，而從該圖像中消除高頻分量的技術(shù)。然而，低通濾波器對(duì)圖像中的邊緣(像素值驟變的區(qū)域)進(jìn)行平滑處理，其結(jié)果使小的生物體組織的構(gòu)造的檢測靈敏度降低。因此，低通濾波器將減少圖像本質(zhì)性的分辨率。對(duì)該低通濾波器實(shí)施若干的改良。例如，以往技術(shù)中的低通濾波器的改良技術(shù)是判斷在局部上是否存在邊緣，對(duì)看作沒有存在邊緣的臨近區(qū)域的多個(gè)三維像素值進(jìn)行平均化。其他以往技術(shù)中的低通濾波器的改良技術(shù)在用于執(zhí)行臨近的多個(gè)三維像素之間的加權(quán)平均的X射線CT的體數(shù)據(jù)內(nèi)，基于對(duì)特別的局部位置的噪音重復(fù)計(jì)算所得的標(biāo)準(zhǔn)偏差。然而，這些噪音降低方法不特別以維持關(guān)注的特別的生物體組織的構(gòu)造為目的。對(duì)比來講，近年來的X射線CT的噪音降低的配合利用具有依賴于圖像的擴(kuò)散系數(shù)的各向異性擴(kuò)散濾波器作為噪音降低濾波器來實(shí)施。某圖像中的生物體組織的構(gòu)造通過各向異性擴(kuò)散濾波器定向地進(jìn)行平滑。作為具體例子，使用了各向異性擴(kuò)散濾波器的X射線 CT圖像的噪音降低方法對(duì)于如被伸長、清晰化后的管那樣的生物體組織的構(gòu)造，僅在沿著邊緣的方向進(jìn)行平滑處理。不管計(jì)算機(jī)進(jìn)行的復(fù)雜計(jì)算如何，各向異性平滑技術(shù)在維持關(guān)注的生物體組織的構(gòu)造之上，為了降低噪音被提高注意。一些以往技術(shù)中的各向異性平滑技術(shù)關(guān)于在圖像數(shù)據(jù)中維持關(guān)注的小的生物體組織的構(gòu)造這一目的上被進(jìn)行改良。然而，這些以往技術(shù)并不理想，需要決定不被濾波器處理那樣的區(qū)域。該區(qū)域表示潛在地存在關(guān)聯(lián)性的應(yīng)該被維持的生物體組織的構(gòu)造。各向異性擴(kuò)散噪音降低方法與系統(tǒng)都?xì)埩暨@樣的問題要對(duì)維持對(duì)包含X射線CT裝置的多種方式以及更大范圍使用多維信號(hào)等產(chǎn)生的重建圖像中的臨床上重要的生物體組織的構(gòu)造進(jìn)行改良。CN 102525529 A

發(fā)明內(nèi)容
目的在于提供一種維持醫(yī)用圖像中的生物體組織的構(gòu)造的同時(shí)，執(zhí)行降低噪音的處理的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。本實(shí)施方式涉及的醫(yī)用圖像處理裝置的特征在于，包括各向異性擴(kuò)散處理部，對(duì)于由多個(gè)信號(hào)值構(gòu)成的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理；權(quán)重產(chǎn)生部，根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)重，上述各向異性擴(kuò)散處理部使用上述權(quán)重，對(duì)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)反復(fù)執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理。能夠在維持醫(yī)用圖像中的生物體的構(gòu)造的同時(shí)，執(zhí)行降低噪音的處理。


圖1為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2為表示有關(guān)與本實(shí)施方式相關(guān)的自適應(yīng)加權(quán)各向異性擴(kuò)散(Adaptively Weighted Anisotropic Diffusion)方法的例示的步驟，或本實(shí)施方式的處理順序的流程圖。圖3A為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的與針對(duì)某尖銳邊緣的梯度和拉普拉斯算子對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度水平的圖。圖;3B為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的與針對(duì)某鈍邊緣的梯度和拉普拉斯算子對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度水平的圖。圖4A為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的應(yīng)用自適應(yīng)加權(quán)各向異性擴(kuò)散之前的最初的重建圖像的一個(gè)例子的圖。圖4B為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的通過自適應(yīng)加權(quán)各向異性擴(kuò)散產(chǎn)生的擴(kuò)散圖像的一個(gè)例子的圖。圖4C為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的通過自適應(yīng)加權(quán)銳化各向異性擴(kuò)散產(chǎn)生的擴(kuò)散圖像的一個(gè)例子的圖。符號(hào)說明L···機(jī)架、2…旋轉(zhuǎn)環(huán)、3…X射線管、4…X射線濾波器、5…X射線檢測器、6…床板、 7···高電壓產(chǎn)生部、8···Χ射線控制部、9…架臺(tái)床控制部、10···系統(tǒng)控制器、11···數(shù)據(jù)收集部、 12…處理部、13···后處理部、14···顯示部、131…各向異性擴(kuò)散處理部、132…權(quán)重產(chǎn)生部、 133…圖像產(chǎn)生部
具體實(shí)施例方式一般，關(guān)于一個(gè)實(shí)施方式，醫(yī)用圖像處理裝置包括各向異性擴(kuò)散處理部與權(quán)重產(chǎn)生部。各向異性擴(kuò)散處理部對(duì)于由多個(gè)信號(hào)值構(gòu)成的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理。權(quán)重產(chǎn)生部根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)重。上述各向異性擴(kuò)散處理部使用上述權(quán)重，對(duì)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)反復(fù)執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理。本實(shí)施方式不限定于X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置(以下稱為X射線CT)。例如，本實(shí)施方式可應(yīng)用于核磁共振成像裝置(Magnetic Resonance Lnaging 以下稱為MRI)以及超聲波診斷裝置等其他醫(yī)用圖像診斷裝置。在以下實(shí)施方式中，作為一個(gè)例子針對(duì)含有了X射線CT裝置的醫(yī)用圖像處理裝置進(jìn)行說明。另外，本實(shí)施方式并不限定于醫(yī)用圖像診斷裝置，還可廣泛地應(yīng)用于醫(yī)用圖像處理裝置單體以及取得多維信號(hào)值的醫(yī)用圖像診斷裝置
絕由寸T。圖1為表示與本實(shí)施方式相關(guān)的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。投影數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)具有機(jī)架1。機(jī)架1收納有X射線管3與二維陣列型的X射線檢測器5。所謂X射線管3與二維陣列型的X射線檢測器5被按著相對(duì)的朝向以橫穿被檢體的方式安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)2上。被檢體被載置在床的床板6上。旋轉(zhuǎn)環(huán)2圍繞預(yù)先決定的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，床以預(yù)先決定的速度，沿著旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)床板6。架臺(tái)床控制部9同時(shí)控制床板6的直線移動(dòng)與旋轉(zhuǎn)環(huán)2的旋轉(zhuǎn)。投影數(shù)據(jù)(醫(yī)用圖像數(shù)據(jù))在X射線管3在收集螺旋狀數(shù)據(jù)中相對(duì)于床板6描繪螺旋狀軌道期間或X射線管在收集圓形數(shù)據(jù)中相對(duì)于床板6描繪圓形軌道期間被收集。X射線管3放射具有如錐形束那樣外形的X射線束。錐形束通過X射線濾波器4 朝向被檢體。X射線控制部8向高電壓產(chǎn)生部7供給觸發(fā)信號(hào)。高電壓產(chǎn)生部7通過接收觸發(fā)信號(hào)，從而向X射線管3施加高電壓。系統(tǒng)控制器10控制X射線控制部8與架臺(tái)床控制部9雙方。通過該控制，X射線從X射線管3以固定的角度間隔被連續(xù)地或間斷地放射。 此時(shí)，旋轉(zhuǎn)環(huán)2以預(yù)先決定的旋轉(zhuǎn)速度來旋轉(zhuǎn)，床板6以預(yù)先決定的移動(dòng)速度來移動(dòng)。透過被檢體的X射線通過二維陣列型的X射線檢測器5，被檢測為電信號(hào)。X射線檢測器5具有多個(gè)X射線檢測元件。多個(gè)X射線檢測元件被排列成一維的列。多個(gè)列為了構(gòu)成2維列而被捆。在某狀況下，X射線檢測元件分別與1個(gè)通道對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)收集部11對(duì)從二維陣列型的X射線檢測器5的各個(gè)通道輸出的輸出信號(hào)進(jìn)行放大。數(shù)據(jù)收集部11為了生成投影數(shù)據(jù)而將放大后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。處理部12對(duì)投影數(shù)據(jù)執(zhí)行各種處理任務(wù)。例如，處理部12對(duì)投影數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)的采樣、移位、濾波以及逆投影、重建等所要求的操作。處理部12按照預(yù)先決定的算法，在圖像區(qū)域?qū)ν队皵?shù)據(jù)進(jìn)行逆投影。一般情況， 基于距離因子的權(quán)重被附加給逆投影后的數(shù)據(jù)。距離因子與從X射線管3的位置到重建的像素為止的距離L的倒數(shù)成比例。另外，距離因子也可以與1/L或1/L2成比例。并且，加權(quán)后的附加數(shù)據(jù)的冗余度也可以在對(duì)每個(gè)像素執(zhí)行逆投影處理期間任意應(yīng)用。逆投影處理一般得到在將X射線產(chǎn)生源和檢測器的受光元件連結(jié)的射線上存在的像素的數(shù)據(jù)值(逆投影數(shù)據(jù))。另外，也可以利用各種方法執(zhí)行該處理。處理部12在三維圖像重建的各三維像素(三維的像素)中，決定反映吸收X射線的逆投影數(shù)據(jù)。在使用了錐形束X射線的圓形的掃描系統(tǒng)中，圖像化的區(qū)域(有效攝像視野)為以旋轉(zhuǎn)軸為中心的半徑為R的圓筒形。處理部12定義該圖像化區(qū)域中的多個(gè)三維像素。處理部12發(fā)現(xiàn)針對(duì)各三維像素的逆投影數(shù)據(jù)。根據(jù)逆投影數(shù)據(jù)而編集三維圖像數(shù)據(jù)或斷層圖像數(shù)據(jù)。處理部12或其他部執(zhí)行與重建圖像的噪音降低相關(guān)聯(lián)的任務(wù)。最終， 顯示部14顯示三維圖像、根據(jù)三維圖像數(shù)據(jù)的重建斷層圖像、和由后述的圖像產(chǎn)生部133 產(chǎn)生的圖像等。本實(shí)施方式中的后處理部13對(duì)三維衰減映射(體數(shù)據(jù))或重建圖像等執(zhí)行噪音降低處理。另外，后處理部13也可以對(duì)投影數(shù)據(jù)或與投影數(shù)據(jù)有關(guān)的信號(hào)值(例如原始數(shù)據(jù)等)執(zhí)行噪音降低處理。體數(shù)據(jù)或重建圖像通過以上敘述的測定或投影數(shù)據(jù)而被生成。一般情況，至少維持某種生物體組織構(gòu)造的分辨率，當(dāng)降低與該構(gòu)造或該構(gòu)造周圍有關(guān)的噪音時(shí)，預(yù)想所重建的X射線CT圖像的質(zhì)量被改善。X射線CT圖像的臨床上重要的生物體組織的構(gòu)造具有大的生物體組織構(gòu)造與小的生物體組織構(gòu)造。例如，大的生物體組織的構(gòu)造(以下稱為大構(gòu)造)是指骨頭、大動(dòng)脈、肝臟等，另一方面，小的生物體組織的構(gòu)造(以下稱為小構(gòu)造)是指小管、石灰沉淀、多個(gè)支氣管等。后處理部13具有各向異性擴(kuò)散處理部131、權(quán)重產(chǎn)生部132以及圖像產(chǎn)生部133。 各向異性擴(kuò)散處理部131維持各種大小的有關(guān)聯(lián)性的生物體組織的構(gòu)造或該構(gòu)造周圍的邊緣，并且為了降低噪音對(duì)重建圖像或體數(shù)據(jù)執(zhí)行自適應(yīng)加權(quán)各向異性擴(kuò)散(Adaptively Weighted Anisotropic Diffusion 以下稱為AWAD)處理。大構(gòu)造與小構(gòu)造的周圍的噪音通過該各向異性擴(kuò)散處理維持這些構(gòu)造的邊緣并降低。并且，AWAD通過一邊維持邊緣一邊降低噪音，對(duì)于小構(gòu)造具有多個(gè)的優(yōu)點(diǎn)。較多存在的以往各向異性擴(kuò)散技術(shù)能夠降低大構(gòu)造或相對(duì)緩慢地變化的生物體組織的構(gòu)造以及這些構(gòu)造周圍的噪音，但AWAD能夠?qū)π?gòu)造特別是擴(kuò)散圖像恢復(fù)圖像的實(shí)質(zhì)性詳細(xì)的構(gòu)造。為了理解本實(shí)施方式的AWAD的應(yīng)用方法，首先，針對(duì)一般的各向異性擴(kuò)散處理的概念，說明下面的方程式。各向異性擴(kuò)散處理如利用以下方程式(Ia)定義的方式，通過加上依賴指向性的傳導(dǎo)系數(shù)D，作為線性擴(kuò)散方程式的擴(kuò)張而被提供。以下便于簡單的說明， 將執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理的對(duì)象設(shè)為體數(shù)據(jù)的三維像素值。另外，作為執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理的圖像的對(duì)象也可以是重建圖像的像素值或原始數(shù)據(jù)的信號(hào)值。
權(quán)利要求
1.一種醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于，包括各向異性擴(kuò)散處理部，對(duì)于由多個(gè)信號(hào)值構(gòu)成的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理；權(quán)重產(chǎn)生部，根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)重， 上述各向異性擴(kuò)散處理部使用上述權(quán)重，對(duì)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)反復(fù)執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述各向異性擴(kuò)散處理部通過非齊次各向異性非線性擴(kuò)散濾波器，執(zhí)行上述各向異性擴(kuò)散處理，上述非齊次各向異性非線性擴(kuò)散濾波器的非齊次項(xiàng)是對(duì)基準(zhǔn)醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)和通過上述各向異性擴(kuò)散處理進(jìn)行了平滑后的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)之差乘上與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的上述權(quán)重所得到的項(xiàng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述非齊次各向異性非線性擴(kuò)散濾波器通過來提供，u(tn+1)是重復(fù)次數(shù)為第n+1次的信號(hào)值，u(tn)是重復(fù)次數(shù)為第η次的信號(hào)值， U0是施加給上述非齊次各向異性非線性擴(kuò)散濾波器之前的初始信號(hào)值，W是與上述初始信號(hào)值對(duì)應(yīng)的權(quán)重。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述權(quán)重產(chǎn)生部根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)中的邊緣，產(chǎn)生上述多個(gè)權(quán)重。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)為體數(shù)據(jù)，上述信號(hào)值為三維像素值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述基準(zhǔn)醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)為執(zhí)行上述各向異性擴(kuò)散處理之前的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述權(quán)重產(chǎn)生部使用拉普拉斯算子邊緣檢測，產(chǎn)生上述權(quán)重。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述權(quán)重產(chǎn)生部使用索貝爾邊緣檢測，產(chǎn)生上述權(quán)重。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述權(quán)重產(chǎn)生部使用曲率邊緣檢測，產(chǎn)生上述權(quán)重。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述權(quán)重在重復(fù)了上述規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理中是不變的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)為在上述各向異性擴(kuò)散處理之前被預(yù)先平滑了的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述基準(zhǔn)醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)為根據(jù)執(zhí)行上述各向異性擴(kuò)散處理之前的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)與規(guī)定的參數(shù)銳化了的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述銳化了的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)通過
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于 上述各向異性擴(kuò)散處理部存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定的時(shí)標(biāo)，上述各向異性擴(kuò)散處理在特定的時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行， 上述規(guī)定次數(shù)是上述時(shí)標(biāo)除以上述特定的時(shí)間間隔所得到的數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的醫(yī)用圖像處理裝置，其特征在于上述特定的時(shí)間間隔比上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)的維數(shù)的2倍的倒數(shù)小。
16.一種圖像處理方法，其特征在于，包括對(duì)于由多個(gè)信號(hào)值構(gòu)成的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理的步驟；以及根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)重的步驟， 執(zhí)行上述各向異性擴(kuò)散處理的步驟包含使用上述權(quán)重，對(duì)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)反復(fù)執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理的步驟。
全文摘要
提供一種一邊維持醫(yī)用圖像中的生物體組織的構(gòu)造，一邊執(zhí)行降低噪音的處理的醫(yī)用圖像處理裝置以及醫(yī)用圖像處理方法。本實(shí)施方式涉及的醫(yī)用圖像處理裝置具備各向異性擴(kuò)散處理部(131)，對(duì)于通過多個(gè)信號(hào)值構(gòu)成的醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各向異性擴(kuò)散處理；權(quán)重產(chǎn)生部(132)，根據(jù)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)，產(chǎn)生與上述多個(gè)信號(hào)值分別對(duì)應(yīng)的多個(gè)權(quán)重，上述各向異性擴(kuò)散處理部(131)使用上述權(quán)重，對(duì)上述醫(yī)用圖像數(shù)據(jù)反復(fù)執(zhí)行規(guī)定次數(shù)的上述各向異性擴(kuò)散處理。
文檔編號(hào)G06T5/00GK102525529SQ20111033242
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者M·D·西爾弗, 楊智 申請(qǐng)人:東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社, 株式會(huì)社東芝