专利名称：X射线影像中金属异物的提取方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字影像的处理与识别技术，具体涉及X射线影像中金属异物的提取 方法和装置。
背景技术：
在数字影像的处理与识别技术中，基于区域的影像分割的目的在于从影像中分割 出感兴趣的目标区域。阈值分割法是一种常用的影像分割方法，在阈值分割法中，通常通过 对影像直方图分析后获得分割阈值点，然后利用阈值分割(如整体阈值、坐标的阈值以及 区域阈值等)手段获取目标区域。通过临床试验反馈的问题和现象表明，金属异物可能导致X射线影像中的目标影 像缺省显示变暗。在选择不同体位和/或添加金属干扰物，比如在线对卡旁放置金属钥匙， 并用同一剂量给同一线对卡曝光摄像，在原始影像上线对卡的空间分辨率等影像效果并未 改变，然而经过影像增强处理后的缺省影像上表现出十分明显的不一致的影像效果，最明 显的是线对卡显示变暗，甚至不可见，需要调节增强曲线参数和/或窗宽窗位才能改善影 像线对卡的显示，但是金属干扰物的细节显示却相对比较清晰。缺省显示的影像效果不一 致可以描述为线对卡在影像上的对比度、清晰度以及明暗度存在相对比较大的不一致性。上述问题和现象经过进一步分析，表明是一个缺省窗的选择问题，通常情况下，缺 省窗是根据增强后的影像的中值为窗位，最大值和最小值之差为窗宽。虽然在算法上通过 直方图分析能够解决压缩一部分金属的动态范围，但是如果金属区域比较大，那么这一方 法并不可靠，从而导致了缺省灰度显示的重点在金属，导致了影像上感兴趣目标显示过暗。可见现有技术中存在一定的缺陷，需要进一步地改进。
发明内容
本发明提出一种X射线影像中金属异物的提取方法和装置。为了实现这一目的， 本发明所采取的技术方案如下按照本发明实施例的第一方面，提供一种X射线影像中金属异物的提取方法，包 括以下步骤读取步骤，用于读取影像数据；边缘检测步骤，用于检测金属异物的完整边 缘；识别步骤，将满足灰度条件和跨度判断的像素点识别为金属异物标志点；区域生长步 骤，以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长， 获得金属异物区域。按照本发明实施例的第二方面，提供一种X射线影像中金属异物的提取装置，包 括以下模块读取模块，用于读取影像数据；边缘检测模块，用于检测金属异物的完整边 缘；识别模块，将满足灰度条件和跨度判断的像素点识别为金属异物标志点；区域生长模 块，以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长， 获得金属异物区域。按照本发明实施例的方法和装置，将影像中影响影像增强的金属异物剔除，然后再对影像进行增强显示，可以降低金属异物对解剖影像的增强影响，改善影像的缺省显示 效果。
图1为本发明实施例的金属异物提取的基本技术方案流程图；图2为待处理的人体手臂影像；图3为待处理的人体腿部影像；图4为本发明实施例的边缘检测方法处理后的人体手臂影像边缘；图5为本发明实施例的边缘检测方法处理后的人体腿部影像边缘；图6为本发明实施例的跨度手段的跨度示意7为本发明实施例的识别金属异物标志点的人体手臂影像图；图8为本发明实施例的识别金属异物标志点的人体腿部影像图；图9为本发明实施例的提取的人体手臂区域影像图；图10为本发明实施例的提取的人体腿部区域影像图；图11为本发明实施例的金属异物提取装置的结构示意具体实施例方式如图1所示，按照本实施例的X射线影像中金属异物的提取方法主要包括读取步 骤101、边缘检测步骤107、识别步骤109、以及区域生长步骤111。另外，还可选地包括选取 步骤103、预处理步骤105、以及调整步骤113。采用按照本实施例的X射线影像中金属异物 的提取方法对影像进行处理的具体过程如下读取步骤101读入的影像是经过限束器处理程序后的，和经过了坏点、坏线的校正。少量的坏 点、坏线，可能不影响该项处理的最终结果，但是大量的坏点、坏线，可能影响检测准确性。为了降低计算量，便于识别，可以可选的将限束器以内的影像区域选取为感兴趣 区域(选取步骤103)，以供后续处理。图2、3中分别为手臂影像和腿部影像。边缘检测步骤107现有的边缘检测方法一般很难保证获得物体的完整边缘轮廓，而且假阳性边缘检 出率较高。为此将采用具有连续性的统计学手段，间接获得完整目标区域的边缘轮廓。其 方法如下将影像中的一行像素行向量设为Xj = {x I Xljj, x2j j, ... , Xijj, ... , xM J}，其中，i = 1，2，3，· · ·，M，j = 1，2，3，· · ·， N, i，j分别为图像的行与列，Xi,j为坐标(i，j)处的像素灰度值整幅影像像素矩阵为X= (XijX2jiiijXj)1的8邻域为xN(ijJ) = {叉|叉 ,押}，其中，111 = -1，0，1;11 = -1，0，1Xi,j的8邻域标准差为_4] =Jl Σ’其中， \ Σ Σ(‘"+”)为8 邻域均值Xi,j的8邻域灰度中值为Mi, j = Median (xN(i,」))，即将xN(i,」)按像素灰度值从小到大(或从大到小)依次排 序后取其中间值根据统计学中评价产品质量的方法(CV = S/Y, S为样本标准差，Y为样本均值)， 设计影像边缘检测方案。在产品质量评价中，其指标参数通常成正态分布，其平均值更具统 计学判断依据。而在影像分析中，只有在局部小的区域中具有一定的正态分布特性。由于 图像中噪声干扰不可避免，像素中强噪声点的干扰会较大幅度的改变平均值μ。」，而且平 均值也会对边缘有一定的平滑作用，从而影响最终判断结果。为此将采用中值作为图像边 缘过渡检查的一个指标。综上分析将图像边缘信息的统计学近似边缘参数定义为=Edgy = O 即像素点的8邻域标准差_灰度中值比。为降低运算复杂度，节约时间，通过大量的实验，发现在一定的边缘精度要求范围 内，可以将统计学近似边缘参数简化为=Edgiij= c^.j/Xi,」，即该像素点的8邻域标准差-像 素灰度比。统计学近似边缘参数的计算方法中，标准差不限于所述的8邻域标准差，还可以 使用其他多邻域标准差，例如4邻域标准差等。当出现黑点时，即该点像素灰度值为0，直接 将该点定义为边缘。通过阈值法，当像素点的统计学近似边缘参数大于阈值时，定义为边缘 点，其中，统计学近似边缘参数阈值是与影像有关的经验值。最后将边缘点的集合定义为目 标区域的边缘。检测结果如图4、5。识别步骤109识别步骤用于识别影像中的金属异物标志点。为提高算法的抗干扰能力，首先可以采用直方图分析法，获得影像灰度的最大值 和最小值。最大(最小)值定义为将感兴趣区域像素依次累计，取其较大(较小)灰度像 素数占总像素数的一定比例作为最大(最小)值MaX_Gray (MiruGray)。该比例可根据需要 选择适当百分比，典型情况下可取5 %。金属由于密度高，X射线穿透性差，使得所成像像素灰度低，与人体组织相比有着 较大差别。为此采用跨度手段，设定经验阈值，自动识别金属标志点。为防止影像噪声干扰，可以在识别之前，可选的采用滑动滤波方法对影像进行平 滑处理，降低噪声干扰(预处理步骤105)。对于噪声较小影像可以直接检查，而不进行降噪处理。跨度实际为一个过渡区域，见图6所示的跨度示意图；其中，跨度主要包含四个特 征过渡宽度(segLen)、过渡幅度(segRange)、过渡斜率(maxTransMag)、以及过渡最高像 素值像素点(high_pt)。在本发明的实施例中，可以对两个过渡属性进行定义过渡幅度表征灰度变化大小，金属区域和非金属区域的过渡幅度应该很大。由于 不同影像的曝光参数不同，需要采用自适应方式获得适当的过渡幅度。过度幅度可以根据 最小灰度值进行分段划分。过渡步长即过渡宽度，表征不断递增或递减的像素数量，起到选取最优条件的作 用，即在最小计算量条件下，获得正确的结果。过渡步长的取值通常应该是有限制的，不应该太短，太短容易被噪声或坏点的干扰变得不准确，过长容易导致检测点呈现出假阳性。可 以选择4个像素作为过渡步长，对于不同影像可以优化选择。识别影像中金属异物标志点的具体步骤如下首先进行灰度条件判断。判断像素点是否满足直接进行金属标志点判断的阈值约 束，如果满足直接定义为金属标志点；若不满足，判断是否满足跨度判断的阈值约束，若满 足，则进行跨度判断。其中，直接进行金属标志点判断的阈值和跨度判断的阈值均是与影像 有关的经验值。然后进行跨度判断。若与当前像素点依次相邻的像素点灰度在过渡步长范围内连 续上升，且在过渡步长范围内距离当前像素点最远的像素点满足过渡幅度阈值判断，则将 当前像素点识别为金属异物标志点。跨度判断的方向可以是所有方向，由于计算量的考虑 通常为图像坐标轴的正反方向，当然也可以是坐标轴的单方向，根据需要自行调整。金属异物标志点的展示见图7、8。区域生长步骤111区域生长的基本思想是将具有相似性质的像素集合起来构成区域。首先对每一个 需要分割的区域找一个或多个种子点像素，作为生长起始点，然后将种子点像素周围邻域 中与种子点像素具有相同或相似性质的像素合并到种子点所在的区域内。将这些新像素当 作新的种子点，继续进行以上寻找过程，直到没有满足条件的像素点被包括进来为止。本发明实施例中，以识别步骤105获得的金属异物标志点为种子点，边缘检测步 骤103获得的金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长，获得金属异物区域。 区域生长的停止条件为生长出来的新像素点到达边缘，或者整幅图像区域划分结束。由于每幅影像间的差异性较大，其统计学边缘阈值也存在一定的差异；为确保 获得完整边缘轮廓，防止区域生长泄露，可以可选的采用自适应阈值法自动调整边缘信息 (调整步骤113)。自适应约束条件可以包括但不限于灰度约束和金属异物面积约束，其中 灰度约束为采用全局灰度阈值约束，大于阈值时自适应调整边缘阈值；金属异物面积约 束为当获得的金属异物区域面积大于其阈值时，则需要自适应调整边缘阈值。其中，全局 灰度阈值和背景区域面积阈值均是与影像有关的经验值。提取后的金属异物实例图见9、10如图11所示，按照本实施例的X射线影像中金属异物的提取装置主要包括读取模 块1101、边缘检测模块1107、识别模块1109、以及区域生长模块1111。其中，读取模块1101 用于读取影像数据；边缘检测模块1107用于检测金属异物的完整边缘；识别模块1109用 于将满足灰度条件和跨度判断的像素点识别为金属异物标志点；区域生长模块1111用于 以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长，获得 金属异物区域。其中，边缘检测模块1107包括计算单元1115用于计算影像中像素点的统 计学近似边缘参数；判断单元1117用于根据预设的阈值对统计学近似边缘参数进行阈值 判断；检测单元1119用于将满足判断条件的像素点定义为边缘点。另外，还可选地包括选 取模块1103、预处理模块1105、以及调整模块1113。其中，选取模块1103将限束器以内的 影像区域选取为感兴趣区域；预处理模块1105采用滑动滤波方法对影像进行平滑处理；调 整模块1113采用自适应阈值法自动调整所述目标区域的完整边缘。以上通过具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限于这些具体的实施 例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。例如将上述实施例中的一个步骤或模块分为两个或更多个步骤或模块来实现，或者相反，将上述 实施例中的两个或更多个步骤或模块的功能放在一个步骤或模块中来实现。在边缘检测步 骤或模块中，可以采用不同的边缘检测方法检测边缘。在识别步骤或模块中，进行灰度和跨 度判断的前后顺序可以互换。在区域生长步骤或模块中，可以采用不同的约束条件进行区 域生长。但是，只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在于，包括以下步骤读取步骤，用于读取影像数据；边缘检测步骤，用于检测金属异物的完整边缘；识别步骤，将满足灰度条件和跨度条件的像素点识别为金属异物标志点；区域生长步骤，以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长，获得金属异物区域。
2.根据权利要求1所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在于，还包括 选取步骤，将限束器以内的影像区域选取为感兴趣区域。
3.根据权利要求1所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在于，还包括 预处理步骤，采用滑动滤波方法对影像进行平滑处理。
4.根据权利要求1所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在于，还包括 调整步骤，采用自适应阈值法自动调整所述目标区域的完整边缘。
5.根据权利要求1至4其中之一所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在 于，所述边缘检测步骤包括计算影像中像素点的统计学近似边缘参数； 根据预设的阈值对统计学近似边缘参数进行阈值判断； 将满足判断条件的像素点定义为边缘点。
6.根据权利要求5所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在于，所述统计学 近似边缘参数为8邻域标准差-灰度中值比或者8邻域标准差-像素灰度比。
7.根据权利要求1至4其中之一所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在 于，所述跨度条件包括与当前像素点依次相邻的像素点灰度在过渡步长范围内连续上升， 且在过渡步长范围内距离当前像素点最远的像素点满足过渡幅度阈值判断。
8.根据权利要求1至4其中之一所述的X射线影像中金属异物的提取方法，其特征在 于，所述跨度判断的方向为所有方向，或者图像坐标轴的正反方向，或者单方向。
9.一种X射线影像中金属异物的提取装置，其特征在于，包括以下模块 读取模块，用于读取影像数据；边缘检测模块，用于检测金属异物的完整边缘；识别模块，将满足灰度条件和跨度判断的像素点识别为金属异物标志点； 区域生长模块，以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像 进行区域生长，获得金属异物区域。
10.根据权利要求9所述的X射线影像中金属异物的提取装置，其特征在于，还包括 选取模块，将限束器以内的影像区域选取为感兴趣区域。
11.根据权利要求9所述的X射线影像中金属异物的提取装置，其特征在于，还包括 预处理模块，采用滑动滤波方法对影像进行平滑处理。
12.根据权利要求9所述的X射线影像中金属异物的提取装置，其特征在于，还包括 调整模块，采用自适应阈值法自动调整所述目标区域的完整边缘。
全文摘要
本发明公开了一种X射线影像中金属异物的提取方法和装置。其中所述方法主要包括读取影像数据；检测金属异物的完整边缘；将满足灰度条件和跨度判断的像素点识别为金属异物标志点；以金属异物标志点为种子点，金属异物的完整边缘为约束条件，对影像进行区域生长，获得金属异物区域。按照本发明实施例的X射线影像中金属异物的提取方法和装置，将影像中影响影像增强的金属异物剔除，然后再对影像进行增强显示，以降低金属异物对解剖影像的增强影响，改善影像的缺省显示效果。
文档编号A61B6/02GK101897592SQ20091010772
公开日2010年12月1日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者孙文武, 徐启飞 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司