專利名稱：一種把x光圖象上的骨和軟組織分離的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)圖象處理的方法。
自從人類把X光技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域后，患者在醫(yī)生面前的透明度大大提高。醫(yī)生可以通過X光片看到患者的內(nèi)臟、骨骼和其他軟組織，從而大大提高了診斷的準(zhǔn)確性，為其后的治療提供了科學(xué)依據(jù)。盡管七十年代以來又推出了“CT”技術(shù)，并獲得迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，但由于它不具備常規(guī)X光技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)，所以無論現(xiàn)在還是將來，“CT”技術(shù)都無法取代常規(guī)X光技術(shù)。因此，對常規(guī)X光技術(shù)的繼續(xù)開發(fā)和改進(jìn)仍具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
在常規(guī)X光技術(shù)中，所獲得的圖象是人體結(jié)構(gòu)在點(diǎn)狀X光源的投射下，落到一個(gè)平面上的陰影。沿投影方向，所有的結(jié)構(gòu)都重迭著，形成一個(gè)平面圖形。也就是說，一個(gè)三維空間的立體圖，被壓成了一個(gè)二維的平面圖。圖面上，前面的組織和后面的組織、骨骼和肉及其他軟組織都重迭在一起，影響了醫(yī)生的觀察和判斷。特別是骨組織與被其遮擋的軟組織之間的互相干擾尤為突出。如果被遮擋的軟組織恰有病變，那么由于骨骼的遮擋就使醫(yī)生難以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗豢赡馨亚懊娴墓趋啦糠帧耙崎_”。如能找到一種辦法，把這種重迭的X光圖象進(jìn)行“骨肉分離”，使其成為兩幅圖象，其中一幅僅含骨結(jié)構(gòu)，另一幅僅含軟組織(包括肉、內(nèi)臟等等)，那問題就解決了，就可以排除它們彼此間的干擾，使圖象清晰，便于觀察。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國開始了這方面的研究，他們稱之為“雙能量X光技術(shù)”。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國斯坦幅大學(xué)的Macovski等人用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處理，可以從中得出前述的“骨肉分離”的圖象(見Med.Phys.8(5)，Sept./Oct.1981)。但做為正在研究中的新技術(shù)，其核心內(nèi)容均未公開，更未見到實(shí)際應(yīng)用的例子。美國斯坦福大學(xué)Macovski等人采用的就是“雙能量X光技術(shù)”，但其數(shù)值計(jì)算要用到高等數(shù)學(xué)知識，要進(jìn)行函數(shù)級數(shù)展開、代數(shù)方程組求解、時(shí)域頻域互換等等，相當(dāng)復(fù)雜，計(jì)算量也很大。而且，在進(jìn)行圖象處理時(shí)，還一定要借助價(jià)格昂貴的“CT”設(shè)備進(jìn)行，同時(shí)還要應(yīng)用充氙的線性檢測器陣列。所有這些，對于我們國家的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)實(shí)力而言，都是不易辦到的，更難以普遍推廣使用。
為了提高我國的醫(yī)療診斷能力，為了使我國的圖象處理水平走在世界的前列，為了適合我國的具體國情，我們研究出了一種把X光圖象上的骨和軟組織分離的方法。
本發(fā)明是一種用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖象處理，從雙能量X光圖象獲得“骨肉分離”效果的方法。其要點(diǎn)在于，首先對人體(或其他對象)的同一部位，用常規(guī)的X光技術(shù)先后進(jìn)行兩次拍攝，得到一對X光圖象膠片。先后兩次拍攝所用X光曝光條件不同，而且按一定要求分別設(shè)定為低能量X光和高能量X光。這就是所謂的“雙能量X光技術(shù)”。所得到的一對X光圖象膠片，就是普通的X光圖象膠片，它們均可單獨(dú)存在。但它們作為一對，則對應(yīng)象元間灰階的差異，就包含了位于同該象元對應(yīng)的、X光投射路經(jīng)上各種組織成分間比例的信息。利用這一信息，就可能實(shí)現(xiàn)“骨肉分離”。而提取這一信息的方法，是雙能量X光技術(shù)的關(guān)鍵。本發(fā)明成功地攻克了這一關(guān)鍵，利用灰階分段調(diào)整，逐次減去的辦法提取了此重要信息。具體而言，是把雙能量X光片的一對圖象輸入計(jì)算機(jī)后，分四步進(jìn)行
第一步，把這對圖象在灰階坐標(biāo)系中分別平移，使它們的象元灰階和對應(yīng)的軟組織厚度間的關(guān)系由線性關(guān)系Y＝KX+b變?yōu)楹唵蔚恼壤P(guān)系Y′＝KX′。兩次拍攝所用的高低X光能量的影響，就表現(xiàn)為正比例關(guān)系的比例因子K。
第二步，將第一步所得的結(jié)果分別做比例調(diào)整后，兩圖相減，就可以逐次減去來自軟組織的全部灰階成分，得到一組表征原圖象中骨成份分布情況的中間數(shù)據(jù)，稱之為“骨掩?！?。
第三步，用第二步得到的骨掩模，再反過來從原始的、低能量的那幅骨肉相迭的圖象中，運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法一步一步地把來自骨的灰階成分逐步剔除，最終得到一幅僅含人體軟組織結(jié)構(gòu)的圖象。
第四步，把在第三步中每一象元上剔除出來的內(nèi)容再合在一起，就得到了一齪墻峁茍揮腥磣櫓耐枷蟆Ｖ鏈?，◇a僑夥擲搿鋇哪勘甌閌迪至恕 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的效果甚佳。由于本方法的總計(jì)算量不大，計(jì)算方法又是簡單的代數(shù)方法，很簡便，因此只需用一般的，甚至低級的微型計(jì)算機(jī)就能完成雙能量X光圖象的數(shù)字處理。設(shè)備廉價(jià)這一點(diǎn)特別符合我國的國情。已經(jīng)做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)專門從市場上買了一些羊肉、一葉羊肺和幾根羊骨頭。而這一葉羊肺上恰恰有病變和空洞。把羊骨放在肉和肺的前面，并遮住上面的病變和空洞。然后對這一堆骨、肉、軟組織運(yùn)用雙能量X光技術(shù)，拍攝出一對X光圖象膠片。將圖象送入微型計(jì)算機(jī)，依前述的四個(gè)步驟進(jìn)行圖象處理，最終得出“骨肉分離”的兩幀照片。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以明顯地看出其“骨肉分離”的效果很好，分離出的兩幀照片均很清晰，羊肺上的病變和空洞在軟組織的那幅照片上一下子就看出來了。
這種把X光圖象上的骨和軟組織分離的方法不僅可以用于人體、動(dòng)物體，而且還可以用于其他方面，例如對建筑物和其他構(gòu)造物等。只要構(gòu)成該物體的各物質(zhì)的原子成份對X光的吸收量有明顯差異，就可以應(yīng)用本方法。
在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家里，現(xiàn)代X光圖象技術(shù)中已經(jīng)普遍采用“X光機(jī)-影象增強(qiáng)器-電視攝象機(jī)-計(jì)算機(jī)處理-電視顯示”的一整套系統(tǒng)設(shè)置，因此多數(shù)情況下并不出現(xiàn)固化在真實(shí)膠片上的所謂“X光膠片”。但我國目前還不可能廣泛普及這種系統(tǒng)設(shè)置。本發(fā)明就是在簡陋的設(shè)備條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。首先是采用常規(guī)的X光機(jī)拍攝到了模型的雙能量X光膠片。然后，再把X光膠片上的圖象輸入到配備有簡單的圖象處理硬件的微型計(jì)算機(jī)中，該微型計(jì)算機(jī)就是一臺普通的IBM-PC機(jī)。圖象輸入計(jì)算機(jī)后，用自己編制的計(jì)算程序?qū)ζ溥M(jìn)行圖象處理，最后得出“骨肉分離”的兩幀照片。本發(fā)明不僅現(xiàn)在可以在國內(nèi)推廣、普及，將來也同樣可以在高級的系統(tǒng)設(shè)置中應(yīng)用，效果將只能更好。
權(quán)利要求
1.一種能夠把X光圖象上的骨骼和軟組織相互分離開來的方法，其特征在于首先對人體(或其他對象)的同一部位，采用“雙能量X光技術(shù)”，拍攝出一對X光圖象的膠片來。
2.一種按照權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于將所拍攝到的一對X光圖象送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行圖象處理，處理時(shí)將兩圖象的灰階分段調(diào)整，逐次減去。
3.一種按照權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征在于所說的灰階分段調(diào)整、逐次減去應(yīng)包括如下內(nèi)容將一對圖象在灰階坐標(biāo)系中移動(dòng)，使它們的象元灰階和對應(yīng)的軟組織厚度間呈簡單的正比例關(guān)系Y′＝KX′;將兩圖相減，逐次減去來自軟組織的全部灰階成分，得到一組表征原圖象中骨成份分布情況的中間數(shù)據(jù)-“骨掩?！?利用“骨掩?！焙蛿?shù)學(xué)計(jì)算，一步一步地把原始圖象中來自骨的灰階成分逐漸剔除，得到一幅僅含人體軟組織結(jié)構(gòu)的圖象;再把剔除出來的灰階成份拼合在一起，得到另一幅僅含骨結(jié)構(gòu)的圖象。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)圖象處理方法。利用這種方法，可以把對人體拍攝的X光片上相互重疊的骨骼和軟組織分離開來，以便醫(yī)生觀察得更清楚，診斷得更準(zhǔn)確。本方法先采用雙能量X光技術(shù)，對人體同一部位拍攝兩幅X光膠片，然后將X光片上的圖象送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行圖象處理，處理時(shí)運(yùn)用灰階分段調(diào)整，逐步減除的辦法，最終得到“骨肉分離”的兩幀圖象。這種方法可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床，提高我國的醫(yī)療水平。
文檔編號A61B6/00GK1036897SQ8810213
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月14日
發(fā)明者武伯歌, 蔣大宗 申請人:西安交通大學(xué)