专利名称：四维标记设备、n维标记设备、四维空间滤波设备以及n维空间滤波设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及四维标记设备、N维标记设备、四维空间滤波设备以及N维空间滤波设备。更具体地说，本发明涉及四维标记设备，其用于标记由按时序并置的三维图像组成的四维图像；N维标记设备，其用于标记以N(N≥4)个参数作为基础产生的N维图像；四维滤波设备，其用于空间滤波由按时序并置的三维图像组成的四维图像；以及N维空间滤波设备，其用于空间滤波以N(N≥4)个参数作为基础产生的N维图像。
背景技术：
通常，二维图像处理技术包括标记技术。在图像处理领域中的标记(labeling)指的是将号码(标记号或域号)指定给二进制编码图像(假设是彩色图像或阴影图像，即根据已知的方法被二进制编码的图像)中所包括的各连续域的处理。所述数字作为图像数据被存储，并且基于该图像数据而产生的图像被称为标记图像(参考非专利文献1)。
图31略述了二维标记。
在图31(a)中，附图标记101指示包括连续图像域102、103和104的二进制编码图像。在图像域102、103、104中的像素取其值为1，且其他域内的像素取其值为0。
图31(b)示出了在二进制编码图像101(标记信息)上执行标记(域编号)的结果。标记号1、2以及3被分别指定给连续图像域102、103和104。连续图像域102、103和104可根据所需处理而被相互独立地操作。在此说明书中，将二进制编码中所使用的除了0之外的值设置为1，但也可设置成255或任何其他数字。在此说明书中，1被不失普遍性地使用。
利用图32所示的图像的实例，下面具体描述二维标记。
在图32(a)中，附图标记200指示二进制编码图像，该图像包括取其值为1的一组像素201、202、203和204，以及同样取值为1的一组像素205、206和207。其他像素取值为0。
二进制编码图像200根据光栅扫描方法而被扫描(图像首先在x轴方向上被扫描，其各扫描线在y轴方向上顺序改变，接着再次在x轴方向上被扫描)。在这里，对二进制编码图像200的扫描在x轴方向上从其左上端开始，并且在该扫描线右端变成y轴方向上的下一条线。该二进制编码图像接着在x轴方向上以相同的方式加以扫描。
当检测到一个值为1的像素时，在环绕所检测到的像素(被视为所涉及的像素)周围的二维标记邻近遮罩(neighbor mask)(例如由8个邻近像素组成)中，搜索一个值为1的像素。基于已经指定给被包括在该二维标记邻近遮罩之中的该值为1的像素的标记号，将该标记号指定给所涉及的像素。
在图32(a)所示的实例中，首先检测到像素201。在像素201的二维标记邻近遮罩中不包含值为1的像素。既然这样，将通过向前一个标记号加1得到的号码指定给该像素。然而，因为首先检测到像素201，所以没有可用的前一个标记号。因此，将像素201的标记号确定为1。
其后，检测到像素202。在像素202的二维标记邻近遮罩中包含一个值为1的像素。因为该像素的标记号为1，所以，采用标记号1作为像素202的标记号。
其后，检测到像素203。在像素203的二维标记邻近遮罩中包含值为1的像素201和202。因为指定给像素201和202的标记号为1，所以，也采用标记号1作为像素203的标记号。
同样，将像素204的标记号设成1。
其后，检测到像素205。在像素205的二维标记邻近遮罩中不包含值为1的像素。通过向前一个标记号1加上1，采用值2作为像素205的标记号。
其后，检测到像素206。在像素206的二维标记邻近遮罩中包含值为1的像素205。因为像素205的标记号是2，所以，采用标记号2作为像素206的标记号。
同样，将像素207的标记号设为2。
图32(b)示出了图32(a)所示的图像200的标记执行结果。从图32(b)中可以看到，值为1并且包含在一个连续域内的所有像素被指定以相同的标记号。包含在不连续的图像域内的像素被指定以不同的标记号。
假设将不同的标记号指定给值为1并且被包括在一个所涉及的值为1的像素的标记邻近遮罩中的多个像素。在这种情况下，采用各标记号中的最小的标记号作为所涉及像素的标记号。将以下事实记录在一个表中被指定给像素的所述各标记号是连结的(concatenated)。该表用于执行再标记(重编号)，以便将连结像素的各标记号转换为一个标记号。
图33(a)示出了用于8个邻近像素的二维标记邻近遮罩，并且图33(b)示出了用于4个邻近像素的二维标记邻近遮罩。
如图34，其描述将上述二维标记适配于三维二进制编码图像的情况。
在图34(a)中，三维图像300是三维二进制编码图像，该三维二进制编码图像由一组三维排列并取值为0或1的像素组成。三维图像300包括由一组取值为1的像素组成的三维图像域301，和由一组取值为1的像素组成的三维图像域302。不包含在三维图像域301和302内的像素取值为0。
三维图像300与通过对三维图像进行二进制编码而产生的三维图像相应，其通过例如X射线CT系统或者MRI系统、基于特定的阈值或通过特定的处理而被构造。
首先，沿z轴方向、以垂直于z轴方向的平面(xy平面)为单位读取如图34(a)所示的三维图像300，其中如图34(b)到34(f)所示的二维图像300b到300f被采样。二维图像域301b到301f以及303c到303d为包括在三维图像域301内的二维图像域。二维图像域302c到302f为包括在三维图像域302内的二维图像域。
其后，对二维图像300b到300f执行二维标记。在标记过程中，虽然例如二维图像域301c和301d是三维图像域301的一部分，但是并未将相同的标记号指定给二维图像域301c和301d。因此，包含在相同三维图像域内的各二维图像域必须按照二维图像的方式被相互关联，其中所述二维图像域包含在所述二维图像中。对各二维图像域间沿z轴方向的连结关系进行检查，并且使该连续关系服从于包含所述二维图像域的二维图像间的连结关系。
已知的标记三维图像的三维标记设备包括一个三维标记邻近遮罩，用于参考邻近所涉及像素、并且分布在包含所涉及像素的平面以及与该平面邻接的平面上的一组像素；一个标记装置，用于使用该三维标记邻近遮罩对三维图像进行三维扫描，并基于对应于所涉及像素的三维标记邻近遮罩中所包含的一个像素的像素值和标记号来为所涉及像素指定标记号；以及一个再标记装置(见专利文献1和专利文献2)。
如果一个标记号被指定给对应于每一个所涉及像素的邻近遮罩中的多个像素，则该标记装置记录表示所述多个像素是连结的连结信息。
基于该连结信息，该再标记装置执行再标记，以便将多个具有不同标记号的图像域统一为一个标记号。
图35示出了用于26个邻近像素的三维标记邻近遮罩。
图36示出了包括在三维图像中的二维图像601a、601b以及601c，以及包括在三维标记邻近遮罩中的二维标记邻近遮罩602和603。
利用该三维标记邻近遮罩，以从由一个小坐标表示的点到由一个大坐标表示的点的顺序在x、y、z轴中对三维图像进行扫描。因而，三维扫描得以实现。
在图36中，三维扫描从平面601a开始。然而，由于在z轴方向上没有平面在平面601a上方，所以执行以下任一处理(1)将标记号0指定给组成平面601a的所有像素；(2)不向组成平面601a的像素指定标记号，并且像素值保持不变；以及(3)如下所述，假设在z轴方向上、在平面601a的上方存在一个由像素值为0的像素构成的平面，则执行与对平面601b及其它平面所执行的相同处理。
其后，在平面601b上，首先，在x轴方向上沿线路1-1对于所涉及的像素603a进行扫描。在y轴方向上改变线路，由此，扫描在x轴方向上沿线路1-2继续，接着沿线路1-3继续。在扫描完平面601b后，在z轴方向上改变平面。在平面601c上，沿线路2-1、2-2、2-3等对于所涉及的像素603a进行扫描。在扫描如此继续的同时，搜索具有与所涉及像素603a相同的值1的像素(即搜索由所述像素构成的域)。将第一个所找到的像素的标记号设为1。此后，当找到值为1的像素时，参考被指定给包含在二维标记邻近遮罩602和603中的像素的标记号。如果尚未指定标记号，则向已被指定的各标记号中的最大值加1。采用所计算出的值作为值为1的像素的标记号。如果已经将标记号指定给像素，则以它们当中的最小的标记号作为值为1的像素的标记号。
顺便说一句，可采用如图37所示的具有18个邻近像素的三维标记邻近遮罩或者如图38所示的对应于6个邻近像素的三维标记邻近遮罩。
三维空间滤波电路和方法是已知的，其中对所涉及的像素执行所需的三维空间滤波，该像素包含在具有三维矩阵结构的三维图像数据(例如X射线CT数据、MRI-CT数据)或者三维仿真数据以及所涉及像素的邻近局域数据中(见专利文献3)。
例如，通过在z轴方向上堆叠二维图像(xy平面)而构成三维图像g(x，y，z)，并且将大小为N×M×L(其中N、M、L表示奇数)的三维空间滤波器M(n，m，l)与三维图像g进行卷积。在这种情况下，将大小为N×M的二维空间滤波器与xy平面的L个二维图像进行卷积。具体来说，假设所涉及像素位于由z坐标z＝z0+(L-1)/2所表示的点，将三维图像g(x，y，z)分解为图像g(x，y，z0)、g(x，y，z0+1)、g(x，y，z0+2)...g(x，y，z0+L-1)。同样的，将三维空间滤波器M(n，m，l)分解为滤波器M(n，m，1)、M(n，m，2)、M(n，m，3)、M(n，m，4)…M(n，m，L)。如下所示，将各滤波器分别与对应图像进行卷积g(x，y，z0)*M(n，m，1)＝g’(x，y，z0)g(x，y，z0+1)*M(n，m，2)＝g’(x，y，z0+1)g(x，y，z0+2)*M(n，m，3)＝g’(x，y，z0+2)g(x，y，z0+3)*M(n，m，4)＝g’(x，y，z0+3)…g(x，y，z0+L-1)*M(n，m，L)＝g’(x，y，z0+L-1)计算上述结果g’(x，y，z0)、g’(x，y，z0+1)、g’(x，y，z0+2)、g’(x，y，z0+3)…g’(x，y，z0+L-1)相加得到的总和g”(x，y，z0)。该总和是三维滤波器相对于所涉及像素(x，y，z0+(L-1)/2)进行卷积的结果。
图39a示出了由8个邻近像素组成的二维空间滤波器邻近局域，并且图39b示出了由24个邻近像素组成的二维空间滤波器邻近局域。
图40示出了由26个邻近像素组成的三维空间滤波器邻近局域，并且图41示出了由124个邻近像素组成的三维空间滤波器邻近局域。
Applied Image Processing Technology(实用图像处理技术)(作者为Hiroshi Tanaka，出版自Industrial Research Committees，59-60页)[专利文献1]日本未审查专利申请公开号01-88689[专利文献2]日本未审查专利申请公开号2003-141548 日本未审查专利申请公开号01-222383常规的标记是为二维图像或者三维图像所设计的，而不是为依时序的三维图像(也就是四维图像)或者基于四维或更多维产生的图像所设计的。
同样的，常规的滤波并不试图适用于四维图像或基于四维或更多维产生的图像。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供四维标记设备和N维标记设备，所述四维标记设备和N维标记设备高效且容易地对四维图像或基于四维或更多维产生的N维图像执行四维或N维标记。
本发明的另一个目的是提供四维空间滤波设备以及N维空间滤波设备，所述四维空间滤波设备以及N维空间滤波设备有助于缩短算术运算时间，并且可以灵活处理维数的改变、滤波器大小的改变、或者在四维空间滤波或N维空间滤波期间所要处理的图像大小的改变。
本发明的另一个目的是提供四维标记设备和N维标记设备，所述四维标记设备和N维标记设备可通过将四维标记或N维标记与四维空间滤波或N维空间滤波相组合来有效地执行四维标记或N维标记。
根据第一方面，本发明提供四维标记设备，其用于标记由按时序并置的三维图像组成的四维图像或者以4个参数为基础产生的四维图像。该四维标记设备包括一个四维标记装置，该四维标记装置用于在对四维域进行四维扫描时、基于被指定给包含在一个四维邻域中的像素的标记号来确定所涉及像素的标记号。
在根据第一方面的四维标记设备中，当对四维域进行四维扫描时(沿表示4个维度的各轴顺序扫描)，在具有x、y和z轴的三维空间中检查以正被扫描的所涉及像素为中心的连续性(continuity)。此外，在具有时间轴以及x、y和z轴的四维空间内检查连续性。把相同的数字或名称作为标记指定给各连续的四维域。这样，实现了四维标记。
根据第二方面，本发明提供N维标记设备，其用于标记由按时序并置的N-1维图像组成的N维图像，或者以N(N≥4)个参数为基础产生的N维图像。该N维标记设备包括一个N维标记装置，该N维标记装置用于在对N维域进行N维扫描时、基于被指定给包含在一个N维邻域中的像素的标记号来确定所涉及像素的标记号。
在根据第二方面的N维标记设备中，在N维空间中检查以N个独立的参数(即4个或更多个独立参数)为基础产生的N维图像中的连续性，并且把相同的数字或名称作为标记指定给各连续域。这样，实现了N维标记。
根据第三方面，本发明提供四维空间滤波设备，该四维空间滤波设备对由按时序并置的三维图像组成的四维图像或以4个参数为基础产生的四维图像进行四维空间滤波。该四维空间滤波设备包括一个四维空间滤波装置，该四维空间滤波装置用于在对四维图像进行四维扫描时、根据包含在每个所涉及像素的邻近局域中的像素值以及所涉及像素的值来处理四维图像，或者将一个四维空间滤波器与四维图像进行卷积。
在根据第三方面的四维空间滤波设备中，在具有x、y以及z轴的三维空间中检查以正被扫描的所涉及像素为中心的邻近局域。同时，在具有时间轴以及x、y和z轴的四维空间中检查邻近局域。基于所涉及像素的值和包括在该邻近局域中的像素的值来转换所涉及像素的值。另外，将一个四维空间滤波器与四维图像进行卷积。这样，实现了四维空间滤波。
根据第四方面，本发明提供N维空间滤波设备，该N维空间滤波设备对由按时序并置的N-1维图像组成的N维图像或者以N个参数为基础产生的N维图像进行N维空间滤波。该N维空间滤波设备包括一个N维空间滤波装置，该N维空间滤波装置用于在对N维图像进行N维扫描时、根据包括在每个所涉及像素的邻近局域中的像素值以及所涉及像素的值来处理N维图像，或者将一个N维空间滤波器与N维图像进行卷积。
在根据第四方面的N维空间滤波设备中，在N维空间中检查N维图像中的邻近局域，该N维图像以N个独立的参数(即4个或更多个独立的参数)作为基础而产生。基于所涉及像素的值和包含在该邻近局域中的像素的值，对所涉及像素的值进行转换。另外，将一个N维空间滤波器与N维图像进行卷积。这样，实现了N维空间滤波。
根据第五方面，本发明提供与根据第三方面的四维空间滤波设备相同的四维空间滤波设备，且该四维空间滤波设备还包括一个处理装置，该处理装置能够执行噪声减轻、对比度增强、平滑、轮廓增强、卷积反演、最大值滤波、中间值滤波以及最小值滤波。
在根据第五方面的四维空间滤波设备中，通过改变滤波系数能够执行包括噪声减轻以及对比度增强的各种处理。
根据第六方面，本发明提供与根据第四方面的N维空间滤波设备相同的N维空间滤波设备，该N维空间滤波设备进一步包括一个处理装置，该处理装置能够执行噪声减轻、对比度增强、平滑、轮廓增强、卷积反演、最大值滤波、中间值滤波以及最小值滤波。
在根据第六方面的N维空间滤波设备中，通过改变滤波系数能够执行包括噪声减轻以及对比度增强的各种处理。
根据第七方面，本发明提供四维标记设备，该四维标记设备对由按时序并置的三维图像组成的四维图像进行标记。该四维标记设备包括一个图像输入装置，用于接收按时序并置的三维图像；一个图像滤波装置，用于将一个三维图像滤波器应用于四维图像，该四维图像由按时序接收的三维图像组成，其或者用于将一个四维图像滤波器应用于该四维图像；一个图像二进制编码装置，用于对已滤波的图像进行二进制编码；以及一个四维标记装置，用于当对二进制编码的四维图像域进行四维扫描时、基于被指定给包含在一个四维邻域中的像素的标记号来确定所涉及像素的标记号。
在根据第七方面的四维标记设备中，接收四维图像。将一个三维图像滤波器按时序应用于该四维图像，或者将一个四维图像滤波器应用于该四维图像，以便将该四维图像的图像质量提高到所需水平。该四维图像接着被二进制编码以及被四维标记。因此，实现了高精度的四维标记。
根据第八方面，本发明提供与根据第七方面的四维标记设备相同的四维标记设备，该四维标记设备进一步包括一个四维图像滤波装置，为了消除噪声或提高信噪比，该四维图像滤波装置应用了一个四维图像滤波器。
在根据第八方面的四维标记设备中，为了消除噪声或提高信噪比，使用了四维图像滤波器。因此，即使对于信噪比低的图像也能够进行高精度的四维标记。
根据第九方面，本发明提供与根据第七方面的四维标记设备相同的四维标记设备，该四维标记设备进一步包括一个四维图像滤波装置，为了增强对比度，该四维图像滤波装置应用一个四维图像滤波器。
在根据第九方面的四维标记设备中，该四维图像滤波器用于增强对比度。因此，即使对于对比度低的图像也能够进行高精度的四维标记。
根据第十方面，本发明提供N维标记设备，该N维标记设备对以N(N≥4)个参数为基础产生的N维图像进行标记。该N维标记设备包括一个图像输入装置，用于接收按时序并置的N-1维图像；一个N维图像滤波装置，用于将一个N维图像滤波器应用于N维图像，该N维图像由按时序接收的N-1维图像组成；一个图像二进制编码装置，用于对已对其应用了N维图像滤波器的图像进行二进制编码；以及一个N维标记装置，用于当对二进制编码的N维域进行N维扫描时、基于被指定给包含在一个N维邻域中的像素的标记号来确定所涉及像素的标记号。
在根据第十方面的N维标记设备中，接收N维图像，并且将一个N维图像滤波器应用于该N维图像，以便将该N维图像的图像质量提高到所需水平。该N维图像接着被二进制编码以及被N维标记。因此，实现了高精度的N维标记。
根据第十一方面，本发明提供与根据第十方面的N维标记设备相同的N维标记设备，该N维标记设备进一步包括一个N维图像滤波装置，为了消除噪声或提高信噪比，该N维图像滤波装置应用了一个N维图像滤波器。
在根据第十一方面的N维标记设备中，为了消除噪声或提高信噪比，使用了一个N维图像滤波器。因此，即使对于信噪比低的图像也能够进行高精度的N维标记。
根据第十二方面，本发明提供与根据第十方面的N维标记设备相同的N维标记设备，该N维标记设备进一步包括一个N维图像滤波装置，为了增强对比度，该N维图像滤波装置应用了一个N维图像滤波器。
在根据第十二方面的N维图像标记设备中，该N维图像滤波器用于增强对比度。因此，即使对于对比度低的图像也能够进行高精度的N维标记。
根据第十三方面，本发明提供与根据第一以及第七到第九方面的四维标记设备相同的四维标记设备，该四维标记设备进一步包括一个四维标记装置，该装置基于被指定给包含在一个邻近遮罩中的像素的标记号来确定被四维扫描的所涉及像素的标记号，其中该邻近遮罩为四维邻域。
在根据第十三方面的四维标记设备中，通过检查被指定给包含在该邻近遮罩中的像素的标记号，可以高效地确定正被四维扫描的所涉及像素的标记号，其中该邻近遮罩为四维邻域。
根据第十四方面，本发明提供与根据第二以及第十到第十二方面的N维标记设备相同的N维标记设备，该N维标记设备进一步包括一个N维标记装置，该装置基于被指定给包含在一个邻近遮罩中的像素的标记号来确定被N维扫描的所涉及像素的标记号，其中该邻近遮罩为N维邻域。
在根据第十四方面的N维标记设备中，通过检查被指定给包含在该邻近遮罩中的像素的标记号可以高效地确定正被N维扫描的所涉及像素的标记号，其中该邻近遮罩为N维邻域。
根据第十五方面，本发明提供与根据第十三方面的四维标记设备相同的四维标记设备，该四维标记设备进一步包括一个重编号装置，当发现多个连续域是连结的时，该装置再次指定一个标记号，以统一各连续域的标记号。
在根据第十五方面的四维标记设备中，该重编号装置将各域的不同标记号统一为一个标记号，这些域被包含在一个Y形连续域内并且在一个分叉处连结。
根据第十六方面，本发明提供与根据第十四方面的N维标记设备相同的N维标记设备，该N维标记设备进一步包括一个重编号装置，当发现多个连续域是连结的时，该装置再次指定一个标记号，以统一各连续域的标记号。在根据第十六方面的N维标记设备中，该重编号装置将各域的不同标记号统一为一个标记号，这些域被包含在一个Y形连续域内并且在一个分叉处连结。
根据本发明的四维标记设备或N维标记设备，对由时变三维图像组成的四维图像或者以N(≥4)个独立的参数作为基础产生的N维图像进行四维或N维标记。这样，可以对四维连续域或N维连续域进行采样。
根据本发明的四维空间滤波设备或N维空间滤波设备，通过根据被四维或N维扫描的所涉及像素的值以及包含在一个邻近局域中的各像素的值而转换一个像素的值，可以将由时变三维图像组成的四维图像的图像质量或者以N(≥4)个独立的参数作为基础产生的N维图像的图像质量提高到所需水平。
此外，根据本发明的四维标记设备或N维标记设备，使用一个四维空间滤波器或N维空间滤波器以获得高精度的四维标记或者N维标记。
本发明的四维标记设备、N维标记设备、四维空间滤波设备以及N维空间滤波设备可以用于处理由一个X射线CT系统产生的时序三维图像。
在伴随附图对本发明的优选实施例进行的下列描述中，本发明的更多目的和优势得以显现。
图1示出了依照第一实施例的四维标记设备的功能结构。
图2示出了用于80个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
图3示出了将被四维标记的四维图像和四维标记邻近遮罩。
图4是描述依照第一实施例的四维标记的流程图。
图5是描述二维标记扫描的流程图。
图6是描述三维标记扫描的流程图。
图7是描述四维标记扫描的流程图。
图8是描述N维标记扫描的流程图。
图9是涉及基于连结信息的图像域连结和再标记的说明图。
图10示出了对Y型连续域的再标记。
图11示出了依照第一实施例的四维标记设备的基本结构。
图12示出了用于64个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
图13示出了用于28个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
图14示出了用于8个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
图15是依照第五实施例的四维空间滤波设备的框图。
图16是四维图像的概念图。
图17是四维空间滤波器的概念图。
图18是涉及包括在第五实施例中的四维空间滤波器的四维扫描的说明图。
图19是由80个邻近像素组成的四维空间滤波局域的说明图。
图20是由624个邻近像素组成的四维空间滤波局域的说明图。
图21是大小为3×3×3×3的用于对比度增强的四维空间滤波器的说明图。
图22是大小为5×5×5×5的用于对比度增强的四维空间滤波的说明图。
图23是依赖于CT数而应用的用于增强对比度的四维空间滤波器的说明图。
图24是在依赖于CT数而应用的用于增强对比度的四维空间滤波器中采用的权重系数的说明图。
图25是依赖于CT数而应用的用于噪声减轻的四维空间滤波器的说明图。
图26是在依赖于CT数而应用的用于噪声减轻的四维空间滤波器中采用的权重系数的说明图。
图27示出了血管的结构。
图28示出了血管的四维图像，其中注射入少量的造影剂。
图29是描述依照第九实施例的血管容积测量的流程图。
图30示出了血管结构，通过在时间轴(t轴)方向上投影一个经四维标记的域、再将其退化为三维域来构造该血管结构。
图31略述了常规的二维标记。
图32示出了用于解释常规二维标记的一幅图像。
图33示出了一个常规的二维标记邻近遮罩。
图34示出了一幅三维图像和组成该三维图像的二维图像。
图35示出了用于26个邻近像素的常规的三维标记邻近遮罩。
图36示出了将被三维标记的三维图像，以及一个三维标记邻近遮罩。
图37示出了用于18个邻近像素的一个常规的三维标记邻近遮罩。
图38示出了用于6个邻近像素的一个常规的三维标记邻近遮罩。
图39是一个常规二维空间滤波局域的说明图。
图40是一个由26个邻近像素组成的常规的三维空间滤波局域的说明图。
图41是一个由124个邻近像素组成的常规的三维空间滤波局域的说明图。
具体实施例方式
以下将结合附图中示出的各实施例对本发明予以说明。应注意的是，本发明并不限于以下实施例。
图1示出了依照第一实施例的四维标记设备的功能结构。将以四维图像作为示例来描述第一实施例。其同样适用于N(≥4)维图像。
四维图像输入单元402向四维标记单元403传递四维图像401。该四维图像401由三维图像组成，所述三维图像是通过运行例如近几年很盛行的多阵列X射线检测器CT或者区域传感器X射线CT(平板X射线CT或者使用图像增强器的X射线CT)而按时序一个接一个地产生的，或者是利用具有彼此堆叠的二维图像的三维图像而实现的。
四维标记单元403使用一个四维标记邻近遮罩406对四维图像进行四维扫描、从每一个所涉及像素的邻近像素中选择一个像素、确定所涉及像素的标记号、并且以每个时序三维图像为单位产生四维标记信息。此外，四维标记单元403产生作为关于连续域的连结信息的四维标记连结信息，并且将四维标记连结信息存储在一个四维标记连结信息存储单元404中。
再标记单元405使用存储在四维标记连结信息存储单元404中的四维标记连结信息对四维图像进行再标记。
图2(a)和图2(b)示出了80个邻近像素。
这80个邻近像素包括沿t轴并置的、并以所涉及像素1603为中心的三层像素，三层像素沿z轴并置并以所涉及像素1603作为中心，并且三个像素沿x和y轴并置，其被表示为34-1＝80(1为所涉及像素)。
图2(c)示出了用于80个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
用于80个邻近像素的四维标记邻近遮罩是用组成这样的三维图像的像素产生的所述三维图像所产生的时刻紧接在产生包含组成三维标记邻近遮罩和所涉及像素1603的三维图像的时刻之前。
图3示出了组成四维图像的三维图像701a、701b和701c，以及组成四维标记邻近遮罩的三维标记邻近遮罩702和703。
沿x、y、z和t轴从一个小坐标到一个大坐标顺序地扫描所涉及像素和四维邻近遮罩，从而以一维为单位进行扫描，最终实现四维扫描。特别是，在t＝0时刻产生的三维图像被从位于(0，0，0)的像素开始沿x轴方向一维扫描。在执行一维扫描从而最后扫描了位于沿x轴方向延伸的扫描线末端的像素之后，在y轴方向上改变扫描线。沿下一条线重复一维扫描，该条线开始于x坐标为0的像素。因而执行了二维扫描，从而最终扫描了位于y轴和x轴方向的末端的像素。其后，在z轴方向上改变平面，并且对直接位于下方的平面重复二维扫描。因而执行了三维扫描，从而最终扫描了位于z轴、y轴和x轴方向的末端的像素。其后，在t轴方向上改变三维图像，并且对紧随其后的三维图像重复三维扫描。值得注意的是，初始扫描像素的位置以及扫描方向并不限于前述内容。
一个像素值为1并且第一个被发现的所涉及像素的标记号被设为1。其后，当发现像素值为1的像素时，则参考一个标记号，该标记号被指定给一个像素，该像素包含在用于所涉及像素的邻近像素的四维标记邻近遮罩中。如果四维标记邻近遮罩不包含已被指定标记号的像素，则采用这样一个标记号该标记号是通过向已经指定给像素的所有标记号中的最大值加1而计算出来的。如果四维标记邻近遮罩包含已被指定标记号的像素，那么只要标记号的个数是一个，就采用该标记号作为所涉及像素的标记号。如果标记号的个数是两个或更多，则采用所有标记号中的最小的号码作为所涉及像素的标记号。此外，为了进行再标记(制定连结信息不限于任何特定的方式)，产生连结信息，该连结信息表示具有所述各标记号的像素是连结的。基于连结信息，通过再标记，将两个或更多个标记号统一为一个标记号。
至于在t＝0时刻产生的三维图像，在t轴方向上没有紧接在前面的三维图像。因此，执行以下任一处理(1)在t＝0时刻产生的三维图像中，所包含的所有像素的标记号被设为0；(2)在t＝0时刻产生的三维图像中，采用原始像素值，但并不指定标记号；以及(3)假定在时间轴方向上、在t＝0时刻产生的三维图像之前找到一个其所有像素的像素值都为0的三维图像，则执行类似于下述处理的处理。
如图3所示，对在t＝tn时刻产生的三维图像701b执行一维扫描，该一维扫描在位于z坐标为0的xy平面上沿x轴方向的线路1-1进行。其后，线路1-1在y轴方向上变成线路1-2，并执行一维扫描。同样的，沿线路1-3执行一维扫描。在通过重复一维扫描完成对z坐标为0的xy平面的二维扫描后，z坐标前进。对平面2-1、2-2、2-3等执行二维扫描。在对组成t＝tn时刻产生的三维图像701b的所有像素结束三维扫描后，三维图像701b变成在t＝tn+1时刻产生的随后的三维图像701c。以相同的方式继续执行三维扫描。在此四维扫描过程中，当发现像素值为1的所涉及像素时，如前所述给该所涉及像素指定一个标记号。
图4是描述标记的流程图。
在步骤S901，将充当标记号的变量i初始化为0。
在步骤S902，对一幅四维图像进行四维扫描，以便选择一个所涉及的像素。
四维扫描包括如图5所示的低阶二维标记扫描以及如图6所示的三维标记扫描。从而可获得如图7所示的四维标记扫描。总之，如图8所示，N维标记扫描包括各N-1维标记扫描。
在步骤S903，如果所涉及像素的像素值为0，控制转到步骤S904。如果该像素值为1，控制转到步骤S905。
在步骤S904，所涉及像素的标记号被设为0。接着控制转到步骤S912。
在步骤S905，检查被指定给包含在如图7所示的四维标记邻近遮罩中的像素的标记号。如果标记号都为0，控制转到步骤S906。如果所述标记号包括多个数字，控制转到步骤S907。如果只发现一个标记号，控制转到步骤S909。
在步骤S906，将变量i递增1，并采用其作为所涉及像素的标记号。例如，第一个找到的像素值为1的像素的标记号被设为1。控制接着转到步骤S912。
在步骤S907，如果所述多个标记号包括例如三个标记号j、k和l，则采用标记号j、k、l当中的最小的一个标记号j作为所涉及像素的标记号。
在步骤S908，产生标记连结信息，该标记连结信息表示标记号为j、k、l的像素是三维连结的。接着控制转到步骤S912。
在步骤S909，如果唯一的标记号例如是标记号j，则采用标记号j作为所涉及像素的标记号。控制接着转到步骤S912。
在步骤S912，重复步骤S902到步骤S909，直到组成四维图像的所有像素均被扫描完毕。在组成四维图像的所有像素都被扫描完之后，控制转到步骤S913。
在步骤S913，基于四维连结信息执行再标记。特别是，基于所述四维图像信息对包含在四维图像中的各连续图像域进行重编号。将相同的标记号指定给相连结的各连续图像域。然后处理终止。
图9是关于再标记的说明图。出于方便的考虑，图9示出的是二维图像。在实践中，也可处理四维或N(≥4)维图像。
如图9(a)所示，虽然域1001和1002被包括在相同的图像域内，但根据域1001和1002的扫描顺序给它们指定不同的标记号1和3。然而，前述连结信息表示域1001和1002被包括在相同的图像域内。在这种情况下，参考连结信息，并且将相同的标记号(例如，各标记号中最小的标记号)重新指定给域1001和1002。因此，域1001和1002被作为一个域1003来处理。
通常，如图10所示，Y形域需要再标记。
图11示出了四维标记设备的基本结构，该四维标记设备使用前述四维标记邻近遮罩来执行四维标记。
附图标记501指示一个CPU，该CPU使用存储在RAM 502或ROM 503中的程序和数据来控制整个设备，或者通过运行一个根据图4的流程图制定的程序来实现对四维标记的控制。
附图标记502指示一个RAM，该RAM的一个存储区域存储根据图4的流程图所制定的程序以及从一个外部存储设备504读取的数据或者通过一个CD-ROM驱动器505从CD-ROM中读取的数据，该RAM的另一个存储区域暂时存储前述的标记连结信息。RAM 502还有一个工作区域，CPU 501使用该工作区域来执行处理。此外，RAM 502的存储区域502a充当标记信息存储单元406。存储区域502b可以预留在外部存储设备504中。
附图标记503指示一个ROM，其中存储用于控制整个设备的程序和数据。此外，引导程序存储在ROM 503中。
附图标记504指示一个外部存储设备，比如硬盘驱动器(HDD)。CD-ROM驱动器505从CD-ROM中读取的程序和数据可存储在外部存储设备504中。此外，如果包括在RAM 502中的上述各区域由于RAM 502的存储能力而不能被预留，所述区域可以以文件的形式被包括在外部存储设备504中。
附图标记505指示一个CD-ROM驱动器，该驱动器从CD-ROM中读取根据流程图4制定的程序以及数据，并通过一条总线509向RAM 502或者外部存储设备504传输程序和数据。除了CD-ROM驱动器505之外，可以包括一个用于读取存储介质(软盘、DVD或CD-R)的驱动器。在这种情况下，不必说，以与从CD-ROM中读出的程序和数据相同的方式使用从该驱动器读出的程序和数据。
附图标记506指示一个显示单元，其以液晶监视器或类似设备实现。三维图像和字符信息可在显示单元506上显示。
附图标记507和508分别指示一个键盘和一个鼠标，其是用于输入被传输到设备的各种指令的指示设备。
附图标记509指示一条总线，上述部件通过该总线互连。
对于具有如图10所示的构造的四维标记设备，例如，一台通用个人计算机或工作站是适用的。
在根据第一实施例的四维标记设备和四维标记方法中，通过执行两项处理可完美的实现四维标记，即通过四维扫描进行标记以及再标记。通过相同的方式可进行N(≥4)维标记。
根据第一实施例，将一幅四维二进制编码的图像传输到该四维标记设备中。输入图像不限于四维二进制编码的图像。
例如，如果该四维图像是带有阴影的四维阴影图像，则将二进制编码单元包括在四维图像输入单元402之前的一级中。在这里，二进制编码单元根据以下方法将四维阴影图像转换为二进制编码的图像如果像素值低于预定阈值，即将其设为1。
另外，当四维标记单元403执行标记时，在对像素值进行二进制编码之后，可执行结合第一实施例描述的标记。
为了消除噪声，用于从输入图像中消除噪声的四维空间滤波器(平滑滤波器、中间值滤波器、最大值滤波器、最小值滤波器等等)可被包括在四维图像输入单元402之前和之后的一级中。
作为在四维标记中采用的四维标记邻近遮罩，可采用如图12所示的用于64个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
此外，可采用如图13所示的用于28个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
可采用如图14所示的用于8个邻近像素的四维标记邻近遮罩。
图15是依照第五实施例的四维空间滤波设备100的框图。
四维空间滤波设备100包含一个运行四维空间滤波程序22的处理器1，一个存储四维图像21和四维空间滤波程序22的存储设备2，一个供操作者用来输入数据的控制台(console)3，以及一个用来显示消息或图像的监视器4。
处理器1包括一个保存数据的寄存器RG。
图16是四维图像21的概念图。
图17是四维空间滤波器的概念图。
四维图像21包括各具有一个三维矩阵结构的三维图像，也就是说，所述三维图像各具有在x、y、z方向上并置的像素点。四维图像21是基于例如由用于医疗的诊断成像系统(诊断超声系统、X射线CT系统或者MRI系统)从一个对象获得的数据而构造的。各三维图像沿时间轴按时序并置，从而构造出四维图像。
在这里，数据例如是8位或16位长的灰度数据。作为选择，数据可以是16位长的颜色数据，或者是0或1的二进制编码数据。
如图18所示，在对四维图像进行四维扫描的过程中，四维图像首先在x轴方向上被扫描，其次在y轴方向上被扫描，接着在z轴方向上被扫描。最后，四维图像在时间轴(t轴)方向上被扫描。
图19示出了由80个邻近像素组成的一个四维空间滤波邻近局域。图20示出了由624个邻近像素组成的一个四维空间滤波邻近局域。
可使用一个如图21所示的大小为3×3×3×3的用于对比度增强的四维空间滤波器。
可使用一个如图22所示的大小为5×5×5×5的用于对比度增强的四维空间滤波器。
图23示出了依赖于CT数来增强对比度的一个四维空间滤波器。
如图24所示，该四维空间滤波器被如下应用。
(1)在CT数等于或小于第一阈值的情况下，即CT数≤Th1，采用第一滤波器。
(2)在CT数大于第一阈值并且等于或小于第二阈值的情况下，即Th1＜CT数≤Th2，采用一个加权求和图像，该图像通过对与第一滤波器卷积的一幅图像和与第二滤波器卷积的一幅图像进行求和而产生。
(3)在CT数大于第二阈值并且等于或小于第三阈值的情况下，即Th2＜CT数≤Th3，采用第二滤波器。
(4)在CT数大于第三阈值并且等于或小于第四阈值的情况下，即Th3＜CT数≤Th4，采用一个加权求和图像，该图像通过对与第一滤波器卷积的一幅图像和与第二滤波器卷积的一幅图像进行求和而产生。
(5)在CT数大于第四阈值的情况下，即Th4＜CT数，采用第一滤波器。
因此，为了增强对比度，可以依赖于CT数来应用四维空间滤波器，即对于展示出不同X射线吸收系数的组织的图像选择性地应用四维空间滤波器。也就是说，能实现这样的四维空间滤波器，可以对于每一组织调节该四维空间滤波器的时间轴特性或空间轴特性。
图25示出了依赖于CT数来减轻噪声的一个四维空间滤波器。
如图26所示，四维空间滤波器被如下应用。
(1)在CT数等于或小于第一阈值的情况下，即CT数≤Th1，采用第二滤波器。
(2)在CT数大于第一阈值并且等于或小于第二阈值的情况下，即Th1＜CT数≤Th2，采用一个加权求和图像，该图像通过对与第二滤波器卷积的一幅图像和与第一滤波器卷积的一幅图像进行求和而产生。
(3)在CT数大于第二阈值并且等于或小于第三阈值的情况下，即Th2＜CT数≤Th3，采用第一滤波器。
(4)在CT数大于第三阈值并且等于或小于第四阈值的情况下，即Th3＜CT数≤Th4，采用一个加权求和图像，该图像通过对与第二滤波器卷积的一幅图像和与第一滤波器卷积的一幅图像进行求和而产生。
(5)在CT数大于第四阈值的情况下，即Th4＜CT数，采用第二滤波器。
因此，为了减轻噪声，可以依赖于CT数来应用四维空间滤波器，即对于展示出不同X射线吸收系数的组织的图像选择性地应用四维空间滤波器。也就是说，能实现这样的四维空间滤波器，可以对于每一组织调节该四维空间滤波器的时间轴特性或空间轴特性。
图27示出了血管结构。
图28示出了由X射线CT系统按时序产生的三维图像，即一个四维图像。该四维图像显示出因为血液流动而引起的造影剂分布的改变。
图29描述了血管容积测量的顺序。
在步骤1，接收一幅四维图像。例如接收通过使用X射线CT系统执行摄影扫描(cine scan)而产生的相同区域的时序三维图像。
在步骤2，将根据第八实施例的用于噪声减轻的四维空间滤波器与该四维图像进行卷积。因此，提高了信噪比。
在步骤3，将根据第七实施例的用于对比度增强的四维空间滤波器与步骤2中的经过噪声减轻的四维图像进行卷积。因此，对比度得以增强。
在步骤4，对于对比度已被增强的四维图像进行二进制编码。该二进制编码可以是基于一个固定阈值或一个浮动阈值的二进制编码。
在步骤5，对经过二进制编码的四维图像进行四维标记。
在步骤6，如图30所示，将一个经过四维标记的域在时间轴(t轴)方向上进行投影，从而将其退化为三维域。因此，该三维域代表血管结构。
在步骤7，利用该三维域来测量血管容积。
因此，使用少量的造影剂即可测量血管容积。
根据第九实施例，可采用针对对比度增强或噪声减轻而设计的四维空间滤波器。作为选择，可采用用于轮廓增强、平滑、卷积反演、最大值滤波、中间值滤波、最小值滤波、不正常点检测或类似目的的四维空间滤波器。可将用于噪声减轻或对比度增强的四维空间滤波器的其中之一排除。
本发明可为一个系统或设备提供一个存储介质(或记录介质)，该存储介质(或记录介质)中记录有一个软件程序，该软件程序用于实施任一前述实施例的组成特征，以及合并在该系统或设备中的一台计算机(或一个CPU或MPU)读取或者运行存储在该存储介质中的程序。在这种情况下，从该存储介质中读取的程序本身实施任一前述实施例的组成特征，用来存储该程序的存储介质被包括在本发明中。此外，当由计算机(操作者控制台)读取的程序在运行时，实施任一前述实施例的组成特征。这时，驻留在计算机中的操作系统(OS)可以响应于该程序中的一个指令来执行整个处理或部分处理，从而可以实施任一实施例的组成特征。
当本发明被应用于存储介质时，对应于图1、图4到图8以及图29的部分或全部流程图的程序被存储在该存储介质中。
作为用来存储程序的存储介质，例如可采用软盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、磁带、非易失性存储卡、ROM、DVD-RAM、DVD-ROM或者CD-RW。另外，可从网络(例如因特网)上下载所述程序。显然，可使所述程序适合于固件。
在前述的实施例中，处理四维图像。做为选择，可基于超过四维的N维、通过将四维图像与通过其他方式产生的MR图像或PET图像进行合成来构造N维图像。可以采用该N维图像作为N维标记或空间滤波的对象。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可配置本发明的各种不同的实施例。应当理解的是，除了在所附权利要求书中限定的之外，本发明不限于说明书中描述的特定实施例。
权利要求
1.一种四维标记设备，用于标记四维图像，所述四维图像由按时序并置的三维图像组成或者以四个参数作为基础而产生，该设备包括一个四维标记装置(403)，当对一个四维域进行四维扫描时，该四维标记装置基于被指定给包括在一个四维邻域中的各像素的标记号来确定一个所涉及像素的标记号。
2.一种N维标记设备，用于标记N维图像，所述N维图像由按时序并置的N-1维图像组成或者以N(N≥4)个参数作为基础而产生，该设备包括一个N维标记装置(403)，当对一个N维域进行N维扫描时，该N维标记装置基于被指定给包括在一个N维邻域中的各像素的标记号来确定一个所涉及像素的标记号。
3.一种四维空间滤波设备(100)，用于对四维图像进行四维空间滤波，所述四维图像由按时序并置的三维图像组成或者以四个参数作为基础而产生，该设备包括一个四维空间滤波装置(1)，当对一幅四维图像进行四维扫描时，该四维空间滤波装置根据被包含在每个所涉及像素的邻近局域中的各像素值以及所涉及像素的值来处理该四维图像，或者将一个四维空间滤波器与该四维图像进行卷积。
4.一种N维空间滤波设备(100)，用于对N维图像进行N维空间滤波，所述N维图像由按时序并置的N-1维图像组成或者以N个参数作为基础而产生，该设备包括一个N维空间滤波装置(1)，当对一幅N维图像进行N维扫描时，该N维空间滤波装置根据被包含在每个所涉及像素的邻近局域中的各像素值以及所涉及像素的值来处理该N维图像，或者将一个N维空间滤波器与该N维图像进行卷积。
5.根据权利要求3所述的四维空间滤波设备(100)，进一步包括一个处理装置(1)，该处理装置能够执行噪声减轻、对比度增强、平滑、轮廓增强、卷积反演、最大值滤波、中间值滤波以及最小值滤波。
6.根据权利要求4所述的N维空间滤波设备(100)，进一步包括一个处理装置(1)，该处理装置能够执行噪声减轻、对比度增强、平滑、轮廓增强、卷积反演、最大值滤波、中间值滤波以及最小值滤波。
7.一种四维标记设备，用于标记由按时序并置的三维图像组成的四维图像，该设备包括一个图像输入装置(402)，用于接收按时序并置的三维图像；一个图像滤波装置，用于对由按时序接收的三维图像组成的四维图像应用一个三维图像滤波器，或者对该四维图像应用一个四维图像滤波器；一个图像二进制编码装置，用于对已滤波的图像进行二进制编码；以及一个四维标记装置(403)，当对二进制编码的四维域进行四维扫描时，该装置基于被指定给包含在一个四维邻域中的各像素的标记号来确定一个所涉及像素的标记号。
8.根据权利要求7所述的四维标记设备，进一步包括一个四维图像滤波装置，用于应用一个四维图像滤波器来去除噪声或者提高信噪比。
9.根据权利要求7所述的四维标记设备，进一步包括一个四维图像滤波装置，用于应用一个四维图像滤波器来增强对比度。
10.一种N维标记设备，用于对用N(N≥4)个参数作为基础而产生的N维图像进行标记，该设备包括一个图像输入装置(402)，用于接收按时序并置的N-1维图像；一个N维图像滤波装置，用于对由按时序接收的N-1维图像组成的N维图像应用一个N维图像滤波器；一个图像二进制编码装置，用于对已被应用该N维图像滤波器的图像进行二进制编码；以及一个N维标记装置(403)，当对二进制编码的N维域进行N维扫描时，该装置基于被指定给包含在一个N维邻域中的各像素的标记号来确定一个所涉及像素的标记号。
全文摘要
在一幅由时变三维图像组成的四维图像或者以N(≥4)个独立参数作为基础而产生的N维图像中，检测一个四维连续域或者一个N维连续域。此外，为了转换图像质量，将一个四维空间滤波器或者一个N维空间滤波器与该四维图像或N维图像进行卷积。当对四维图像进行四维扫描或者对N维图像进行N维扫描时，在三维空间或者N－1维空间中，检查以正被扫描的所涉及像素为中心的连续性。同时，沿一条时间轴或一条N维轴检查连续性。向各连续四维域或N维域指定相同的标记号。另外，基于正被扫描的所涉及像素的值与被包含在一个邻近局域中的各像素值之间的关系，对所涉及像素的值进行转换或处理。
文档编号G06T7/00GK1836634SQ20051012177
公开日2006年9月27日 申请日期2005年12月27日 优先权日2004年12月27日
发明者西出明彦 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司