專利名稱：彩色多窗ct圖像的自動(dòng)生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CT圖像的自動(dòng)處理方法，特別涉及一種彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，該方法涉及到圖像分割技術(shù)，偽彩色技術(shù)，以及多窗技術(shù)與不同色調(diào)的影射關(guān)系的建立。
背景技術(shù)：
CT圖像的處理技術(shù)，目前主要是根據(jù)其成像原理，通過相應(yīng)的單灰級(jí)窗技術(shù)在相應(yīng)的CT圖像中將所關(guān)心的部分進(jìn)行增強(qiáng)，給醫(yī)生提供病情診斷的依據(jù)。因?yàn)椴≡钷D(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致侵蝕到其他的臟器或組織，例如，癌細(xì)胞的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。所以多窗技術(shù)在反映這個(gè)問題上就顯得非常重要。雖然多窗技術(shù)解決了不同臟器同時(shí)增強(qiáng)顯示的問題，但是由于多個(gè)臟器同時(shí)顯示，又給觀察者視線上造成了非常大的干擾，對(duì)醫(yī)生的正確診斷造成不小的影響。因此目前在診斷中常用的還是單窗技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)中多窗顯示時(shí)同一種色彩造成觀察上的干擾而影響醫(yī)生正確診斷病灶的缺點(diǎn)，提出一種彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，該方法采用圖像分割技術(shù)，將CT圖像中所包含的不同臟器組織的區(qū)域進(jìn)行分割，并對(duì)分割后的不同區(qū)域進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)，最后，用偽彩色技術(shù)，對(duì)不同區(qū)域用不同色調(diào)的顏色進(jìn)行著色處理，完成多窗彩色CT圖像的自動(dòng)生成。
實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是首先，對(duì)CT圖像進(jìn)行區(qū)域分割，使不同的臟器或組織分別屬于不同的局部區(qū)域。分割方法是利用CT成像時(shí)不同臟器或組織的不同CT值的分布范圍，以及臟器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息進(jìn)行自動(dòng)區(qū)域分割；其次是對(duì)分割后的區(qū)域進(jìn)行校正處理。校正處理的目的是，在CT圖像中，有可能存在因病變導(dǎo)致臟器的部分CT值改變，而使其導(dǎo)致誤分割的現(xiàn)象。這時(shí)，我們根據(jù)正常人體組織的結(jié)構(gòu)特性，將發(fā)生病變的局部區(qū)域進(jìn)行提取，并給這個(gè)部分進(jìn)行特殊色調(diào)的著色處理；第三，對(duì)所分割出的不同區(qū)域，用不同的色調(diào)進(jìn)行著色處理，不同區(qū)域色彩的選擇，可以選用軟件系統(tǒng)提供的默認(rèn)值，也可以在界面上由用戶自己自由選擇，最終生成病理報(bào)表，將多窗彩色CT圖像與診斷結(jié)果同時(shí)打印輸出。本發(fā)明克服了已有技術(shù)中多窗顯示時(shí)因無色彩區(qū)分(灰度圖)而造成觀察上的干擾，使醫(yī)生容易正確地診斷病灶的所在位置。


圖1是CT原圖；圖2是肺窗二值圖像；圖3是肌肉二值圖像；圖4是骨窗二值圖像；圖5是從圖2獲得的肺部大致區(qū)域；圖6是獲得的人體組織所在的大致區(qū)域；圖7是刪除文字等噪聲后的人體組織區(qū)域；圖8是圖5的反相圖像；
圖9是對(duì)圖8貼標(biāo)簽去噪的結(jié)果；圖10是對(duì)圖9貼標(biāo)簽去噪的結(jié)果；圖11是提取出的骨骼區(qū)域；圖12是提取出的肌肉區(qū)域；圖13是肺部區(qū)域原圖信息；圖14是肺部區(qū)域增強(qiáng)信息；圖15是肌肉區(qū)域增強(qiáng)信息；圖16是骨骼區(qū)域增強(qiáng)信息；圖17是肺部偽彩色圖；圖18是肌肉區(qū)域偽彩色圖；圖19是骨骼區(qū)偽彩色圖；圖20是多窗彩色CT圖像；圖21是帶有病灶的原圖；圖22是病灶染色的多窗彩色CT圖；圖23是對(duì)CT圖像進(jìn)行增強(qiáng)、著色與多窗顯示流程圖；圖24是區(qū)域分割流程圖；圖25是病灶部分處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和流程圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，分為以下幾個(gè)具體步驟完成。
一、區(qū)域分割，其流程如圖24所示。
在這里，區(qū)域分割的目的是將CT圖像中所包含的不同臟器或組織所在區(qū)域進(jìn)行分割。下面以肺部CT圖像為例，對(duì)區(qū)域分割方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
第1步二值處理在CT圖像中，每種臟器或組織都有其特定的CT值，換句話說，每種不同的臟器或組織都有其不同的窗寬和窗位。因此本發(fā)明提供兩種確定閾值方式供用戶選擇，第1種是根據(jù)成像原理設(shè)置默認(rèn)方式，選擇固定的某個(gè)臟器或組織的窗寬和窗位。第2種模式是用戶可根據(jù)具體的需要手動(dòng)調(diào)整窗寬和窗位。
參照?qǐng)D1的CT原圖，因?yàn)樾夭康腃T圖像中主要包含三個(gè)臟器部分肺部、肌肉和骨頭，包括縱隔，脂肪等。由兩個(gè)閾值即可將三個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行分割，分割算法如下 經(jīng)過閾值處理后得到圖2的肺窗二值圖像、圖3的肌肉二值圖像和圖4的骨窗二值圖像；第2步二值圖像的校正處理從圖1的CT原圖、圖2的肺窗二值圖像、圖3的肌肉二值圖像以及圖4的骨窗二值圖像圖可以看到，雖然三個(gè)區(qū)域被分割出來，但是存在一些問題。對(duì)于肺部區(qū)域，因?yàn)閳D像中無人體組織的區(qū)域也是暗區(qū)，所以被當(dāng)作肺部區(qū)域一同被提取出來；肺紋理中CT值小的部分，灰度值進(jìn)入了肌肉窗，骨頭區(qū)域中較暗的部分，如脊椎骨中部含有骨髓的部分。為此需要進(jìn)行后處理。
1)刪除無人體組織部分首先對(duì)閾值處理后的圖像進(jìn)行貼標(biāo)簽處理，之后對(duì)每個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)物進(jìn)行判別，設(shè)Ωi是第i個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)，其面積為Si，當(dāng)Si＞Ts(Ts為閾值)時(shí)，再判斷Ωi的點(diǎn)是否分布在畫面的邊緣上，如果是，則為無人體組織的區(qū)域，進(jìn)行刪除。否則，則保留。對(duì)圖2的肺窗二值圖像處理的結(jié)果如圖5的肺部大致區(qū)域所示。為了去除圖像中的文字部分，將圖3、圖4和圖5相加，得到圖6的人體組織所在的大致區(qū)域，從圖6的人體組織所在的大致區(qū)域可以看到，最大的白色區(qū)域是整個(gè)人體組織區(qū)域，所以對(duì)圖6進(jìn)行貼標(biāo)簽處理，只保留面積最大的目標(biāo)物，得到圖7刪除文字等噪聲后的人體組織區(qū)域。
2)對(duì)誤分割部分進(jìn)行校正處理a.按照CT值從大到小的順序進(jìn)行處理，首先對(duì)肺部區(qū)域進(jìn)行校正處理，將圖5肺部大致區(qū)域反相得到圖8的肺部大致區(qū)域反相圖，對(duì)其進(jìn)行貼標(biāo)簽處理，之后，對(duì)每個(gè)標(biāo)簽的平均坐標(biāo)值按照下式進(jìn)行計(jì)算。
公式1每個(gè)標(biāo)簽的平均坐標(biāo)值設(shè)Ωi是第i個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)，(xk(i)，yk(i))∈Ωi(k＝1，2，...，Ni)為該對(duì)象中的像素點(diǎn)坐標(biāo)，則坐標(biāo)均值(x(i)，y(i)為x‾(i)=Σk=1Nixk(i),]]>y‾(i)=Σk=1Niyk(i)]]>公式2標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)所在的位置標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)所在的位置按下式計(jì)算該標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)所在的位置Si=x‾(i)2+y‾(i)2]]>當(dāng)Si不在規(guī)定范圍內(nèi)的話，則刪除該目標(biāo)物。這樣，所留下來的部分恰好是希望獲得的局部區(qū)域。對(duì)所得到區(qū)域再進(jìn)行一次反向處理，得到圖9貼標(biāo)簽去噪的結(jié)果。
對(duì)圖9再做一次貼標(biāo)簽處理，再計(jì)算一次目標(biāo)物的平均坐標(biāo)，對(duì)不滿足規(guī)定范圍的目標(biāo)物進(jìn)行刪除，得到肺部區(qū)域如圖10所示貼標(biāo)簽去噪的結(jié)果。
b.對(duì)骨骼區(qū)域進(jìn)行校正處理骨骼區(qū)域出現(xiàn)的問題主要是信息的丟失，因此，校正處理是對(duì)缺損的部分進(jìn)行填充，填充的方法是對(duì)其進(jìn)行閉運(yùn)算。所述的閉運(yùn)算為對(duì)二值圖像先進(jìn)行四近鄰的膨脹運(yùn)算，因著點(diǎn)、線的加粗，使原來間斷的線被連接起來，之后再進(jìn)行一次四近鄰的腐蝕運(yùn)算，可以將前面加粗的點(diǎn)線恢復(fù)，并且不破壞其已經(jīng)連接起來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，將圖4的骨窗二值圖像去除文字部分之后，進(jìn)行閉運(yùn)算處理，得到圖11的骨骼區(qū)域。
所述的腐蝕運(yùn)算是設(shè)集合A被集合B腐蝕，則表示為AΘB，其定義為AΘB＝{xB+xA}其中表示子集關(guān)系，A稱為輸入圖像，B稱為結(jié)構(gòu)元素。如果把B看作模板，那么，AΘB則由在平移模板的過程中，所有可以填入A內(nèi)部的模板的原點(diǎn)組成。
所謂的膨脹運(yùn)算是腐蝕運(yùn)算的對(duì)偶運(yùn)算(逆運(yùn)算)，可以通過對(duì)腐蝕來定義。AB，其定義為AB＝[AcΘ(-B)]c其中，Ac代表A的補(bǔ)集。為了利用B膨脹A，可將B相對(duì)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度得到-B，再利用-B對(duì)Ac腐蝕，腐蝕結(jié)果的補(bǔ)集，便是所求的結(jié)果。
例如，將圖4的骨窗二值圖像去除文字部分之后，進(jìn)行閉運(yùn)算處理，得到圖11的骨骼區(qū)域。
c.對(duì)肌肉區(qū)域進(jìn)行校正當(dāng)獲得肺部區(qū)域和骨骼區(qū)域之后，對(duì)肌肉區(qū)域的校正用公式3即可獲得圖12肌肉區(qū)域＝圖7刪除文字等噪聲后的人體組織區(qū)域-圖10對(duì)圖9貼標(biāo)簽去噪的結(jié)果-圖11提取出的骨骼區(qū)域圖12即為校正后得到的肌肉區(qū)域。
根據(jù)上面的處理，就完成了對(duì)不同臟器的區(qū)域分割。對(duì)于其他部位CT圖像的處理可以采用相同的方法進(jìn)行。
二、如圖23所示，對(duì)CT圖像進(jìn)行增強(qiáng)與著色1)圖像的增強(qiáng)在獲得二值圖像之后，將區(qū)域二值圖像與原圖作“與”操作，以肺區(qū)為例，經(jīng)過區(qū)域分割之后，得到圖13的肺部區(qū)域原圖信息，對(duì)圖13進(jìn)行圖像增強(qiáng)，增強(qiáng)方法可以采用一般的灰級(jí)窗展寬技術(shù)，也可以采用直方圖均衡化方法，增強(qiáng)圖為圖14的肺部區(qū)域增強(qiáng)信息。
對(duì)其他的組織區(qū)域進(jìn)行相同的操作，獲得圖15的肌肉區(qū)域增強(qiáng)信息和圖16的骨骼區(qū)域增強(qiáng)信息。
2)進(jìn)行著色處理當(dāng)獲得若干個(gè)分割的單窗CT增強(qiáng)圖像之后，選擇一個(gè)用戶觀察習(xí)慣的顏色，例如，選擇該顏色值為(RC，GC，BC)，按照下面的偽彩色影射公式4，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行著色。
其中f原圖的灰度值，M，N為原圖的長(zhǎng)和寬Cmax＝max{RC，GC，BC}Cmax實(shí)際上確定了偽彩色的色調(diào)。例如，當(dāng)Cmax＝RC時(shí)，該區(qū)域偏暖色調(diào)。
獲得圖17的肺部偽彩色圖、圖18的肌肉區(qū)域偽彩色圖及圖19的骨骼區(qū)偽彩色圖。
3)多窗合成最后，將所得到的各個(gè)分割開的單窗偽彩色圖像進(jìn)行合成，因?yàn)槊總€(gè)區(qū)域采用不同偽彩進(jìn)行描述，所以在進(jìn)行多窗觀察時(shí)，根據(jù)人眼的視覺習(xí)慣，相互干擾減弱的同時(shí)，可以進(jìn)行不同組織的聯(lián)合觀察，這樣就有利于對(duì)病變的轉(zhuǎn)移進(jìn)行合理的論證，得到結(jié)果圖20的多窗彩色CT圖像。
三、如圖25所示，對(duì)病灶部分進(jìn)行處理病灶區(qū)域的確定病灶區(qū)域的確定可以按照人體組織的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給出一個(gè)可能的病灶區(qū)域，參照?qǐng)D21帶有病灶的原圖，根據(jù)兩葉肺近似為鏡像關(guān)系，獲得左側(cè)肺部的一個(gè)病灶區(qū)域，對(duì)病灶區(qū)域選擇與正常組織不同的顏色按照公式4進(jìn)行著色，得到圖22病灶染色的多窗彩色CT圖。
如果病灶區(qū)域比較小，或者特征比較微弱，則用戶可以根據(jù)界面提供的手寫畫筆，將觀測(cè)到的病灶區(qū)進(jìn)行圈定，之后，利用公式4也可以對(duì)所圈定的病灶區(qū)進(jìn)行著色。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與顯著效果在于因?yàn)槿搜蹖?duì)顏色的分辨能力比對(duì)亮度的分辨能力強(qiáng)，因此，在醫(yī)學(xué)影像學(xué)常常用到偽彩色技術(shù)。一般現(xiàn)有的偽彩色技術(shù)是根據(jù)色溫的原理，對(duì)不同亮暗進(jìn)行不同的偽彩色影射，例如較暗的部分用藍(lán)色，逐漸過渡到較亮的部分為紅色。這種技術(shù)在紅外測(cè)試儀器，例如紅外乳腺儀等。以及彩色超聲上多用，但是對(duì)于CT圖像來說，這種經(jīng)典的偽彩色方法則不適用。因此，本發(fā)明提出了不同區(qū)域不同色調(diào)，在相同區(qū)域中，用同色調(diào)不同深淺顏色對(duì)內(nèi)部組織進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法，可以實(shí)現(xiàn)多窗同時(shí)顯示。因?yàn)椴煌瑓^(qū)域的色調(diào)不相同，所以多窗顯示時(shí)，不但不會(huì)造成視覺上的干擾，而且可以便于觀察病變?cè)诓煌M織間的遷移狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，包括將CT圖像中所包含的不同臟器或組織所在的區(qū)域進(jìn)行分割，形成單灰級(jí)的多窗圖像，其特征在于包括以下步驟一、區(qū)域分割步驟1)二值處理提供兩種確定的閾值方式①、選擇固定的某個(gè)臟器或組織的窗寬和窗位；②、根據(jù)具體的需要手動(dòng)調(diào)整窗寬和窗位。2)二值圖像的校正處理①、刪除無人體組織部分首先對(duì)二值處理后的圖像貼標(biāo)簽，之后對(duì)每個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)物進(jìn)行判別，如為無人體組織的區(qū)域，進(jìn)行刪除，否則，則保留。②、對(duì)誤分割部分進(jìn)行校正處理a、按CT值從大到小進(jìn)行處理，將圖反相并對(duì)其貼標(biāo)簽，對(duì)每個(gè)標(biāo)簽的平均坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算該標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)所在的位置；當(dāng)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)不在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，刪除該目標(biāo)物，留下的部分即為人體組織區(qū)域；對(duì)所得區(qū)域再進(jìn)行反向處理，再一次計(jì)算目標(biāo)物的位置，對(duì)不滿足規(guī)定范圍的目標(biāo)物進(jìn)行刪除，得到較精確的人體組織區(qū)域圖像。b、對(duì)骨骼區(qū)域缺損的部分進(jìn)行填充；c、對(duì)肌肉區(qū)域的校正是用保留下來的人體組織部分去除校正處理后的部分，再去除對(duì)骨骼區(qū)域缺損部分的校正，即得到校正后的肌肉區(qū)域。二、對(duì)校正后的CT圖像進(jìn)行增強(qiáng)與著色。1)圖像的增強(qiáng)在獲得二值圖像后，將區(qū)域二值圖像與原圖作“與”操作，得到人體組織區(qū)域原像，然后對(duì)該圖進(jìn)行增強(qiáng)處理，得到人體組織區(qū)域增強(qiáng)圖像和肌肉區(qū)域增強(qiáng)圖像；2)圖像的著色當(dāng)獲得獲得若干個(gè)分割的單窗CT增強(qiáng)圖像之后，選擇顏色，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行著色，得到多個(gè)偽彩色增強(qiáng)CT圖像；3)最后，將所得到的多個(gè)分割的單窗偽彩色圖像進(jìn)行合成，合成的方法是，將幾個(gè)單窗圖17，18，19進(jìn)行“或”操作，即可得到彩色多窗CT圖像。三、病灶部分的處理病灶區(qū)域的確定按照人體組織的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給出一個(gè)可能的病灶區(qū)域，對(duì)病灶區(qū)域選擇與正常組織不同的顏色進(jìn)行著色，即可得到彩色多窗CT病灶圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的對(duì)二值處理后的圖像貼標(biāo)簽，之后對(duì)每個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)物進(jìn)行判別的方法是設(shè)Ωi是第i個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)，其面積為Si，當(dāng)Si＞閾值Ts時(shí)，再判斷Ωi的點(diǎn)是否分布在畫面的邊緣上，如果是，則為無人體組織的區(qū)域，進(jìn)行刪除，否則，則保留。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的對(duì)每個(gè)標(biāo)簽的平均坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算的方法如下設(shè)Ωi是第i個(gè)標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)，(xk(i),yk(i))∈Ωi(k=1,2,...,Ni)]]>為該對(duì)象中的像素點(diǎn)坐標(biāo)，則坐標(biāo)均值(x(i)，y(i))為x‾(i)=Σk=1Nixk(i),]]>y‾(i)=Σk=1Niyk(i)]]>按下式計(jì)算該標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)所在的位置Si=x‾(i)2+y‾(x)2]]>當(dāng)Si不在規(guī)定范圍內(nèi)的話，則刪除該目標(biāo)物，這樣，所留下來的部分恰好是希望獲得的局部區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的對(duì)骨骼區(qū)域缺損的部分進(jìn)行填充的方法是對(duì)其進(jìn)行閉運(yùn)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的增強(qiáng)方法可以采用一般的灰級(jí)窗展寬技術(shù)，也可以采用直方圖均衡化方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的選擇顏色按照下面的偽彩色影射公式，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行著色選擇可表示某個(gè)區(qū)域偽彩色的色度，在該色度下的顏色值為(RC，GC，BC)，根據(jù)所選擇的偽彩色色度，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行不同亮度下的影射，以獲得相同色調(diào)不同深淺的顏色。 其中f為原圖的灰度值，M，N為原圖的長(zhǎng)和寬Cmax＝max{RC，GC，BC}，Cmax實(shí)際上確定了偽彩色的色調(diào)，獲得的偽彩色結(jié)果圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法，其特征在于所述的閉運(yùn)算為對(duì)二值圖像先進(jìn)行四近鄰的膨脹運(yùn)算，因著點(diǎn)、線的加粗，使原來間斷的線被連接起來，之后再進(jìn)行一次四近鄰的腐蝕運(yùn)算，可以將前面加粗的點(diǎn)線恢復(fù)，并且不破壞其已經(jīng)連接起來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一說明書摘要種彩色多窗CT圖像的自動(dòng)生成方法。該方法首先是對(duì)CT圖像進(jìn)行區(qū)域分割，使不同的臟器或組織分別屬于不同的局部區(qū)域。分割方法是利用CT成像時(shí)不同臟器或組織的不同CT值的分布范圍，以及臟器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息進(jìn)行自動(dòng)區(qū)域分割；其次是對(duì)分割后的區(qū)域進(jìn)行校正處理。第三，對(duì)所分割出的不同區(qū)域，用不同的色調(diào)進(jìn)行著色處理，最終生成病理報(bào)表，將多窗彩色CT圖像與診斷結(jié)果同時(shí)打印輸出。本發(fā)明克服了已有技術(shù)中多窗顯示時(shí)同一種色彩造成觀察上的干擾，使醫(yī)生容易正確的診斷病灶的所在位置。
文檔編號(hào)G06T5/00GK1547161SQ20031011896
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者朱虹, 鄧杰航, 朱 虹 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)