图像处理装置和方法以及医学图像设备的制作方法

图像处理装置和方法以及医学图像设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种图像处理装置和方法以及医学图像设备。图像处理装置包括形变场计算单元、形变场加权单元和图像形变单元。形变场计算单元可以以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于基准图像的形变场。形变场加权单元可以根据对象的各个部位的运动强度来对形变场加权。图像形变单元可以利用加权得到的形变场对第二图像进行形变，得到第三图像。
【专利说明】图像处理装置和方法以及医学图像设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及信息处理领域，具体涉及图像处理装置、图像处理方法和医学图像设备。
【背景技术】
[0002]在对同一对象连续获取多个图像的情况下，往往需要综合地获得这些图像的信息，例如通过将多个图像合并来综合地获得这些图像的信息。
[0003]由于获取这些图像往往需要一定的时长，因此，对象可能经历各种运动。导致不能够直接将所获取到的图像合并到一起来综合地获得这些图像的信息。
[0004]因此，需要一种能够解决上述问题的技术。

【发明内容】

[0005]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0006]本发明的一个目的之一在于，提供一种能够冻结图像的运动部位并减少图像噪声的图像处理装置、图像处理方法和医学图像设备。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种图像处理装置。该图像处理装置包括形变场计算单元、形变场加权单元和图像形变单元。形变场计算单元可以以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于基准图像的形变场。形变场加权单元可以根据对象的各个部位的运动强度来对形变场加权。图像形变单元可以利用加权得到的形变场对第二图像进行形变，得到第三图像。
[0008]根据本发明的另一个方面，提供了一种图像处理方法。图像处理方法包括:以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于基准图像的形变场；根据对象的各个部位的运动强度来对形变场加权；以及利用加权得到的形变场对第二图像进行形变。
[0009]另外，根据本发明的再一方面，提供了用于实现上述方法的计算机程序。
[0010]此外，根据本发明的又一方面，提供了至少计算机可读介质形式的计算机程序产品，其上记录有用于实现上述方法的计算机程序代码。
[0011]通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0013]图1A是示出根据本发明的一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0014]图1B是示出对形变场加权时采用的权重所呈现的一种特定趋势的示例的曲线图；
[0015]图1C是示出对形变场加权时采用的权重所呈现的另一种特定趋势的示例的曲线图；
[0016]图2是示出根据本发明的另一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0017]图3是示出根据本发明的再一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0018]图4是示出根据本发明的又一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0019]图5是示出根据本发明的又一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0020]图6是示出根据本发明的又一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0021]图7是示出根据本发明的又一个实施例的图像处理装置的配置的框图；
[0022]图8是示出根据本发明的实施例的医学图像设备的配置的框图；
[0023]图9是示出根据本发明的一个实施例的图像处理方法的流程图；
[0024]图10是示出根据本发明的一个示例的计算形变场的过程的流程图；以及
[0025]图11是示出可以用于实施本发明的图像处理装置和方法的计算设备的示例性结构图。
【具体实施方式】
[0026]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0027]图1A是示出根据本发明的一个实施例的图像处理装置100的配置的框图。
[0028]如图1A所示，图像处理装置100可以包括形变场计算单元110、形变场加权单元120和图像形变单元130。
[0029]形变场计算单元110可以以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于基准图像的形变场。
[0030]例如，对象可以是心脏的同一位置。换句话说，第一图像和第二图像可以是针对某一物体的同一位置获取的图像。例如，可以针对某一物体以同一方位连续获取多幅图像。此夕卜，也可以针对某一物体以不同方位连续获取多幅图像，在这种情况下，在通过本文中的图像处理装置进行处理之前，可能需要将这些图像变换到同一方位。但是容易理解到，该物体不局限于心脏，而可以是人体的其他部位。此处所说的“同一位置”可以表示二维或者三维意义上的同一区域，也可以表示二维或者三维意义上的整个心脏。
[0031]例如，第一图像和第二图像可以是根据通过医疗诊断装置获得的数据而形成的医学图像。因此，容易理解到，此处的图像不局限于二维图像，也可以是三维图像。
[0032]按空间变换关系，图像配准可被归为两个大类:刚性配准(rigidregistrat1n)和非刚性配准(non-rigid registrat1n)。刚性配准针对图像的全局形变,如整幅图像的旋转、平移、缩放等，即，刚性配准不包括对图像中的局部形变的对准处理。非刚性配准针对图像的各种局部形变，即，非刚性配准是利用图像的局部形变(如图像的局部扭曲)进行的对准处理。
[0033]此处，例如可以采用Demons算法来进行非刚性配准。但是，容易理解到，不局限于使用Demons算法，还可以采用适当的其他非刚性配准方法。例如可以采用基于基本函数描述形变域的配准、薄板样条或B样条的配准、或者基于弹性形变等物理模型的配准等非刚体配准方法，这里不一一列举。
[0034]此外，不局限于使用第一图像作为基准图像，而可以使用第二图像作为基准图像并基于非刚性配准来计算该对象的第一图像相对于作为基准图像的第二图像的形变场。
[0035]就心脏而言，在获取到的心脏的一系列图像中，优选扩张末期(end diastolic)的心脏的图像，这是因为扩张末期的心脏图像往往比其他阶段的心脏图像更加清楚。就人体的其他部位而言，可以根据特定需要来指定该部位的某一阶段的图像作为基准图像，或者，可以任意地指定某一阶段的图像作为基准图像，而将其他图像与该图像配准。
[0036]形变场加权单元120可以根据对象的各个部位的运动强度来对形变场加权。
[0037]换句话说，为了能够冻结对象的运动部位并减少图像的噪声，可以区别地对待形变场中与运动部位对应的部分和形变场中与非运动部位对应的部分。例如，形变场加权单元120可以使得对象的运动部位的形变场的权重为1，非运动部位的形变场的权重小于1，例如，可以将非运动部位的形变场的权重设置为O。
[0038]例如，可以将运动强度大于第一阈值的部位作为运动部位，并将运动强度小于第二阈值的部位作为非运动部位，其中第一阈值大于第二阈值。在这种情况下，可以将运动强度介于第一阈值和第二阈值之间的部位作为过渡部位。例如，形变场加权单元120可以使得对象的运动部位和非运动部位之间的过渡部位的形变场的权重介于运动部位的形变场的权重和非运动部位的形变场的权重之间。
[0039]当然，运动部位和非运动部位的界定不限于此。例如，在第一阈值等于第二阈值的情况下，则可以将运动强度高于该特定阈值的部位作为运动部位，可以将运动强度低于该特定阈值的部位作为非运动部位。形变场加权单元120仍然可以使得对象的运动部位的形变场的权重为I，非运动部位的形变场的权重小于I，例如，非运动部位的形变场的权重为O0
[0040]优选地，可以不根据阈值来区分运动部位和非运动部位，而与各个部位的运动强度的值成比例地设置形变场的相应部分的权重，但是权重的最大值为I。
[0041]此外，形变场加权单元120可以根据第一图像和多个第二图像的能够反映对象的各个部位的运动强度的 方差图像来定位运动区域和非运动区域并对形变场进行加权。
[0042]此处的方差图像，例如，可以是第一图像和多个第二图像的灰度的方差图像。但是可以理解到，此处的方差图像不限于此，只要该方差图像能够反映对象的各个部位的运动强度就可以。
[0043]可以通过以下式子(I)来计算方差图像的各个点的方差值:
[0044]D(i, ]/() = ^jrf(Rn (i, j,k)~ R{i, j,k)f)/ N)( I )


i? 二 I
[0045]其中，(i，j，k)表示点的位置，D(i，j，k)代表当前点的方差值，N表示图像的总个数。[0046]Rn(i, j, k)表示第n个图像中(i, j, k)点的灰度值，/《/，/./:)表示(i, j, k)点的灰度值的均值。通过以下式子(2)来计算均值及(/，./,々)。
【权利要求】
1.一种图像处理装置，包括: 形变场计算单元，用于以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于所述基准图像的形变场； 形变场加权单元，用于根据所述对象的各个部位的运动强度来对所述形变场加权；以及 图像形变单元，用于利用加权得到的形变场对所述第二图像进行形变，得到第三图像。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述形变场加权单元被配置为根据所述第一图像和多个所述第二图像的能够反映所述对象的各个部位的运动强度的方差图像来对所述形变场加权。
3.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述形变场加权单元包括: 图谱识别子单元，用于基于图谱，在所述第二图像中识别出所述对象的各个部位；以及形变场加权子单元，用于根据识别出的各个部位的运动强度的空间分布对所述形变场加权。
4.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述形变场加权单元被配置为使得所述对象的运动部位的形变场的权重为1，非运动部位的形变场的权重小于I。
5.根据权利要求4所述的图像处理装置，其中，所述形变场加权单元被配置为使得所述对象的运动部位和非运动部位之间的过渡部位的形变场的权重介于所述运动部位的形变场的权重和所述非运动部位的形变场的权重之间。
6.根据权利要求1所述的图像处理装置，还包括: 直方图匹配单元，用于将所述第二图像的直方图与所述第一图像的直方图进行直方图匹配，以得到与所述第一图像灰度范围相近的第二图像， 其中，所述形变场计算单元被配置为计算与所述第一图像灰度范围相近的第二图像相对于所述第一图像的形变场。
7.根据权利要求1所述的图像处理装置，其中，所述形变场计算单元包括: 力场计算子单元，用于计算所述第二图像相对于所述基准图像的力场； 形变场计算子单元，用于根据所述力场来计算形变场； 图像形变子单元，利用所述形变场对所述第二图像进行形变；以及控制子单元，用于控制所述力场计算子单元、所述形变场计算子单元和所述图像形变子单元，以形变后的第二图像代替该形变前的所述第二图像来重复上述操作，直至所述预定条件被满足，得到最终的形变场。
8.根据权利要求7所述的图像处理装置，其中，所述控制子单元被配置为控制所述力场计算子单元不对所述力场进行粘性限制，和/或控制所述形变场计算子单元以在得到最终的形变场之前不对所述形变场进行弹性限制。
9.根据权利要求8所述的图像处理装置，还包括: 弹性限制单元，用于对计算出的形变场进行弹性限制；和/或 粘性限制单元，用于对计算出的形变场进行粘性限制。
10.根据权利要求8所述的图像处理装置，还包括: 弹性限制单元，用于对加权得到的形变场进行弹性限制；和/或 粘性限制单元，用于对加权得到的形变场进行粘性限制。
11.根据权利要求9或10所述的图像处理装置，其中，所述弹性限制为高斯滤波。
12.根据权利要求9或10所述的图像处理装置，其中，所述粘性限制为中值滤波。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的图像处理装置，还包括: 图像合并单元，用于将多个第三图像和所述基准图像中的至少两个合并在一起以得到所述对象的最终图像。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的图像处理装置，其中，所述对象为心脏的同一位置。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的图像处理装置，其中，所述第一图像和所述第二图像为根据通过医疗诊断装置获得的数据而形成的医学图像。
16.一种医学图像设备，包括根据权利要求1-15中任一项所述的图像处理装置。
17.—种图像处理方法,包括: 以对象的第一图像为基准图像，基于非刚性配准来计算该对象的第二图像相对于所述基准图像的形变场； 根据所述对象的各个部位的运动强度来对所述形变场加权；以及 利用加权得到的形 变场对所述第二图像进行形变。
18.根据权利要求17所述的图像处理方法，其中，根据所述对象的各个部位的运动强度来对所述形变场加权包括: 根据所述第一图像和多个所述第二图像的能够反映所述对象的各个部位的运动强度的方差图像来对所述形变场加权。
19.根据权利要求17所述的图像处理方法，其中，根据所述对象的各个部位的运动强度来对所述形变场加权包括: 基于图谱，在所述第二图像中识别出所述对象的各个部位；以及 根据识别出的各个部位的运动强度的空间分布对所述形变场加权。
20.根据权利要求17所述的图像处理方法，其中，根据所述对象的各个部位的运动来对所述形变场加权包括: 使得所述对象的运动部位的形变场的权重为1，非运动部位的形变场的权重小于I。
【文档编号】G06T3/40GK104036452SQ201310071316
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2013年3月6日
【发明者】王艳华, 本村信笃, 王艳丽 申请人:株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社