圖像處理裝置和方法以及醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圖像處理裝置和方法以及醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備。圖像處理裝置包括形變場計算單元、形變場加權(quán)單元和圖像形變單元。形變場計算單元可以以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于基準圖像的形變場。形變場加權(quán)單元可以根據(jù)對象的各個部位的運動強度來對形變場加權(quán)。圖像形變單元可以利用加權(quán)得到的形變場對第二圖像進行形變，得到第三圖像。
【專利說明】圖像處理裝置和方法以及醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息處理領(lǐng)域，具體涉及圖像處理裝置、圖像處理方法和醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在對同一對象連續(xù)獲取多個圖像的情況下，往往需要綜合地獲得這些圖像的信息，例如通過將多個圖像合并來綜合地獲得這些圖像的信息。
[0003]由于獲取這些圖像往往需要一定的時長，因此，對象可能經(jīng)歷各種運動。導(dǎo)致不能夠直接將所獲取到的圖像合并到一起來綜合地獲得這些圖像的信息。
[0004]因此，需要一種能夠解決上述問題的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0006]本發(fā)明的一個目的之一在于，提供一種能夠凍結(jié)圖像的運動部位并減少圖像噪聲的圖像處理裝置、圖像處理方法和醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種圖像處理裝置。該圖像處理裝置包括形變場計算單元、形變場加權(quán)單元和圖像形變單元。形變場計算單元可以以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于基準圖像的形變場。形變場加權(quán)單元可以根據(jù)對象的各個部位的運動強度來對形變場加權(quán)。圖像形變單元可以利用加權(quán)得到的形變場對第二圖像進行形變，得到第三圖像。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種圖像處理方法。圖像處理方法包括:以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于基準圖像的形變場；根據(jù)對象的各個部位的運動強度來對形變場加權(quán)；以及利用加權(quán)得到的形變場對第二圖像進行形變。
[0009]另外，根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了用于實現(xiàn)上述方法的計算機程序。
[0010]此外，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了至少計算機可讀介質(zhì)形式的計算機程序產(chǎn)品，其上記錄有用于實現(xiàn)上述方法的計算機程序代碼。
[0011]通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例的詳細說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點將更加明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。
[0013]圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0014]圖1B是示出對形變場加權(quán)時采用的權(quán)重所呈現(xiàn)的一種特定趨勢的示例的曲線圖；
[0015]圖1C是示出對形變場加權(quán)時采用的權(quán)重所呈現(xiàn)的另一種特定趨勢的示例的曲線圖；
[0016]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0017]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0018]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0019]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0020]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0021]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的圖像處理裝置的配置的框圖；
[0022]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備的配置的框圖；
[0023]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像處理方法的流程圖；
[0024]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例的計算形變場的過程的流程圖；以及
[0025]圖11是示出可以用于實施本發(fā)明的圖像處理裝置和方法的計算設(shè)備的示例性結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0026]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0027]圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的圖像處理裝置100的配置的框圖。
[0028]如圖1A所示，圖像處理裝置100可以包括形變場計算單元110、形變場加權(quán)單元120和圖像形變單元130。
[0029]形變場計算單元110可以以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于基準圖像的形變場。
[0030]例如，對象可以是心臟的同一位置。換句話說，第一圖像和第二圖像可以是針對某一物體的同一位置獲取的圖像。例如，可以針對某一物體以同一方位連續(xù)獲取多幅圖像。此夕卜，也可以針對某一物體以不同方位連續(xù)獲取多幅圖像，在這種情況下，在通過本文中的圖像處理裝置進行處理之前，可能需要將這些圖像變換到同一方位。但是容易理解到，該物體不局限于心臟，而可以是人體的其他部位。此處所說的“同一位置”可以表示二維或者三維意義上的同一區(qū)域，也可以表示二維或者三維意義上的整個心臟。
[0031]例如，第一圖像和第二圖像可以是根據(jù)通過醫(yī)療診斷裝置獲得的數(shù)據(jù)而形成的醫(yī)學(xué)圖像。因此，容易理解到，此處的圖像不局限于二維圖像，也可以是三維圖像。
[0032]按空間變換關(guān)系，圖像配準可被歸為兩個大類:剛性配準(rigidregistrat1n)和非剛性配準(non-rigid registrat1n)。剛性配準針對圖像的全局形變,如整幅圖像的旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等，即，剛性配準不包括對圖像中的局部形變的對準處理。非剛性配準針對圖像的各種局部形變，即，非剛性配準是利用圖像的局部形變(如圖像的局部扭曲)進行的對準處理。
[0033]此處，例如可以采用Demons算法來進行非剛性配準。但是，容易理解到，不局限于使用Demons算法，還可以采用適當?shù)钠渌莿傂耘錅史椒?。例如可以采用基于基本函?shù)描述形變域的配準、薄板樣條或B樣條的配準、或者基于彈性形變等物理模型的配準等非剛體配準方法，這里不一一列舉。
[0034]此外，不局限于使用第一圖像作為基準圖像，而可以使用第二圖像作為基準圖像并基于非剛性配準來計算該對象的第一圖像相對于作為基準圖像的第二圖像的形變場。
[0035]就心臟而言，在獲取到的心臟的一系列圖像中，優(yōu)選擴張末期(end diastolic)的心臟的圖像，這是因為擴張末期的心臟圖像往往比其他階段的心臟圖像更加清楚。就人體的其他部位而言，可以根據(jù)特定需要來指定該部位的某一階段的圖像作為基準圖像，或者，可以任意地指定某一階段的圖像作為基準圖像，而將其他圖像與該圖像配準。
[0036]形變場加權(quán)單元120可以根據(jù)對象的各個部位的運動強度來對形變場加權(quán)。
[0037]換句話說，為了能夠凍結(jié)對象的運動部位并減少圖像的噪聲，可以區(qū)別地對待形變場中與運動部位對應(yīng)的部分和形變場中與非運動部位對應(yīng)的部分。例如，形變場加權(quán)單元120可以使得對象的運動部位的形變場的權(quán)重為1，非運動部位的形變場的權(quán)重小于1，例如，可以將非運動部位的形變場的權(quán)重設(shè)置為O。
[0038]例如，可以將運動強度大于第一閾值的部位作為運動部位，并將運動強度小于第二閾值的部位作為非運動部位，其中第一閾值大于第二閾值。在這種情況下，可以將運動強度介于第一閾值和第二閾值之間的部位作為過渡部位。例如，形變場加權(quán)單元120可以使得對象的運動部位和非運動部位之間的過渡部位的形變場的權(quán)重介于運動部位的形變場的權(quán)重和非運動部位的形變場的權(quán)重之間。
[0039]當然，運動部位和非運動部位的界定不限于此。例如，在第一閾值等于第二閾值的情況下，則可以將運動強度高于該特定閾值的部位作為運動部位，可以將運動強度低于該特定閾值的部位作為非運動部位。形變場加權(quán)單元120仍然可以使得對象的運動部位的形變場的權(quán)重為I，非運動部位的形變場的權(quán)重小于I，例如，非運動部位的形變場的權(quán)重為O0
[0040]優(yōu)選地，可以不根據(jù)閾值來區(qū)分運動部位和非運動部位，而與各個部位的運動強度的值成比例地設(shè)置形變場的相應(yīng)部分的權(quán)重，但是權(quán)重的最大值為I。
[0041]此外，形變場加權(quán)單元120可以根據(jù)第一圖像和多個第二圖像的能夠反映對象的各個部位的運動強度的 方差圖像來定位運動區(qū)域和非運動區(qū)域并對形變場進行加權(quán)。
[0042]此處的方差圖像，例如，可以是第一圖像和多個第二圖像的灰度的方差圖像。但是可以理解到，此處的方差圖像不限于此，只要該方差圖像能夠反映對象的各個部位的運動強度就可以。
[0043]可以通過以下式子(I)來計算方差圖像的各個點的方差值:
[0044]D(i, ]/() = ^jrf(Rn (i, j,k)~ R{i, j,k)f)/ N)( I )


i? 二 I
[0045]其中，(i，j，k)表示點的位置，D(i，j，k)代表當前點的方差值，N表示圖像的總個數(shù)。[0046]Rn(i, j, k)表示第n個圖像中(i, j, k)點的灰度值，/《/，/./:)表示(i, j, k)點的灰度值的均值。通過以下式子(2)來計算均值及(/，./,々)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像處理裝置，包括: 形變場計算單元，用于以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于所述基準圖像的形變場； 形變場加權(quán)單元，用于根據(jù)所述對象的各個部位的運動強度來對所述形變場加權(quán)；以及 圖像形變單元，用于利用加權(quán)得到的形變場對所述第二圖像進行形變，得到第三圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，其中，所述形變場加權(quán)單元被配置為根據(jù)所述第一圖像和多個所述第二圖像的能夠反映所述對象的各個部位的運動強度的方差圖像來對所述形變場加權(quán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，其中，所述形變場加權(quán)單元包括: 圖譜識別子單元，用于基于圖譜，在所述第二圖像中識別出所述對象的各個部位；以及形變場加權(quán)子單元，用于根據(jù)識別出的各個部位的運動強度的空間分布對所述形變場加權(quán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，其中，所述形變場加權(quán)單元被配置為使得所述對象的運動部位的形變場的權(quán)重為1，非運動部位的形變場的權(quán)重小于I。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像處理裝置，其中，所述形變場加權(quán)單元被配置為使得所述對象的運動部位和非運動部位之間的過渡部位的形變場的權(quán)重介于所述運動部位的形變場的權(quán)重和所述非運動部位的形變場的權(quán)重之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，還包括: 直方圖匹配單元，用于將所述第二圖像的直方圖與所述第一圖像的直方圖進行直方圖匹配，以得到與所述第一圖像灰度范圍相近的第二圖像， 其中，所述形變場計算單元被配置為計算與所述第一圖像灰度范圍相近的第二圖像相對于所述第一圖像的形變場。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像處理裝置，其中，所述形變場計算單元包括: 力場計算子單元，用于計算所述第二圖像相對于所述基準圖像的力場； 形變場計算子單元，用于根據(jù)所述力場來計算形變場； 圖像形變子單元，利用所述形變場對所述第二圖像進行形變；以及控制子單元，用于控制所述力場計算子單元、所述形變場計算子單元和所述圖像形變子單元，以形變后的第二圖像代替該形變前的所述第二圖像來重復(fù)上述操作，直至所述預(yù)定條件被滿足，得到最終的形變場。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像處理裝置，其中，所述控制子單元被配置為控制所述力場計算子單元不對所述力場進行粘性限制，和/或控制所述形變場計算子單元以在得到最終的形變場之前不對所述形變場進行彈性限制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像處理裝置，還包括: 彈性限制單元，用于對計算出的形變場進行彈性限制；和/或 粘性限制單元，用于對計算出的形變場進行粘性限制。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像處理裝置，還包括: 彈性限制單元，用于對加權(quán)得到的形變場進行彈性限制；和/或 粘性限制單元，用于對加權(quán)得到的形變場進行粘性限制。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的圖像處理裝置，其中，所述彈性限制為高斯濾波。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的圖像處理裝置，其中，所述粘性限制為中值濾波。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的圖像處理裝置，還包括: 圖像合并單元，用于將多個第三圖像和所述基準圖像中的至少兩個合并在一起以得到所述對象的最終圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的圖像處理裝置，其中，所述對象為心臟的同一位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的圖像處理裝置，其中，所述第一圖像和所述第二圖像為根據(jù)通過醫(yī)療診斷裝置獲得的數(shù)據(jù)而形成的醫(yī)學(xué)圖像。
16.一種醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項所述的圖像處理裝置。
17.—種圖像處理方法,包括: 以對象的第一圖像為基準圖像，基于非剛性配準來計算該對象的第二圖像相對于所述基準圖像的形變場； 根據(jù)所述對象的各個部位的運動強度來對所述形變場加權(quán)；以及 利用加權(quán)得到的形 變場對所述第二圖像進行形變。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像處理方法，其中，根據(jù)所述對象的各個部位的運動強度來對所述形變場加權(quán)包括: 根據(jù)所述第一圖像和多個所述第二圖像的能夠反映所述對象的各個部位的運動強度的方差圖像來對所述形變場加權(quán)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像處理方法，其中，根據(jù)所述對象的各個部位的運動強度來對所述形變場加權(quán)包括: 基于圖譜，在所述第二圖像中識別出所述對象的各個部位；以及 根據(jù)識別出的各個部位的運動強度的空間分布對所述形變場加權(quán)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像處理方法，其中，根據(jù)所述對象的各個部位的運動來對所述形變場加權(quán)包括: 使得所述對象的運動部位的形變場的權(quán)重為1，非運動部位的形變場的權(quán)重小于I。
【文檔編號】G06T3/40GK104036452SQ201310071316
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】王艷華, 本村信篤, 王艷麗 申請人:株式會社東芝, 東芝醫(yī)療系統(tǒng)株式會社