专利名称：切伦科夫荧光成像中γ射线的去除方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术领域，更进一步涉及医学影像处理领域中的切伦科夫荧光成像去除干扰的方法。本发明可用于去除切伦科夫荧光成像过程中存在的Y射线干扰，提高切伦科夫荧光成像的图像质量。
背景技术：
在切伦科夫荧光成像中，希望成像图像中荧光信号能够准确对应放射性核素活度，以反映核素标记的靶细胞的增殖和凋亡情况。但是由于产生切伦科夫光的同时，伴随着正电子湮灭或者Y衰变，面临着信号被Y射线干扰的问题，希望在去除Y射线干扰的同时，尽可能保留信号。由于切伦科夫荧光信号的产生机制的特殊性，直接对原始图像选取阈值以去除干扰是很困难的。常用方法对Y射线干扰的像素使用平均化进行处理，不仅Y射线干扰不能完全去除，而且对周围的信号像素影响也较大。这些方法处理低放射性活度下采集的切伦科夫荧光图像的结果对原始信号影响之大以至于无法进行后续分析。中国科学院自动化研究所在其申请的专利“基于切伦科夫效应的断层成像方法和系统”(专利申请号201080059913.0,公开号CN102741707A)中提出了一种切伦科夫三维断层成像系统。该专利申请采用高阶简化球谐近似模型和迭代半阈值算子相耦合的方法进行全域CLT重建，该系统仅使用切伦科夫荧光探测装置采集切伦科夫光学成像。该专利申请不足之处是，在采集平面光学图像时并没有考虑如何处理Y射线对切伦科夫成像的干扰。Gregory S.Mitchell 等人在 “ In vivo Cerenkov luminescence imaging:a newtool for molecular imaging.PhilTrans R Soc A 2011 ；369:4605-4619.，，中提出 了在切伦科夫图像采集的过程中通过CCD相机中的宇宙射线去除模块对切伦科夫荧光成像中Y射线进行处理。该方法对采集图像的相机要求较高，在一定程度上能够去除切伦科夫荧光成像过程中的Y射线。这种方法的不足之处有两个，其一是对于不同相机处理的结果不同，处理结果依赖于相机处理模块的性能。其二是不能完全去除Y射线的干扰，尤其是低放射性活度(等效表面IOuCi以下)条件下图像处理的质量反而会下降。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种切伦科夫荧光成像中Y射线的去除方法，用于去除切伦科夫荧光成像中Y射线的干扰。实现本发明的具体思路是，采用迭代处理的方法，逐步增加图像掩膜的宽度，计算图像的局部方差，根据最大类间方差法得到的阈值确定被干扰的像素，利用被干扰像素在掩膜范围内未被干扰像素的平均灰度值替换Y射线的像素值，根据处理的结果判断迭代是否结束，最后利用非截断小波抑噪算法滤除图像的噪声。为实现上述目的，本发明的具体步骤如下:(I)获取图像数据
la)在避光条件下用CCD相机捕获切伦科夫荧光图像；Ib)在避光条件下用CXD相机捕获背景噪声图像；(2)图像预处理将采集的荧光图像减去背景噪声图像，得到被干扰图像；(3)根据如下公式计算图像掩膜的宽度:w = 2t+l其中，w表示图像掩膜的宽度大小，t表示迭代的次数；(4)获取局部方差图像4a)使用平滑线性滤波器，对被干扰图像进行平滑线性滤波，获得图像中每个像素的局部均值；4b)利用图像局部方差公式，计算被干扰图像中每个像素的局部方差，获取局部方差图像；(5)确定被干扰像素5a)采用最大类间方差法处理局部方差图像，获取判定阈值；5b)将局部方差图像中方差大于判定阈值的像素标记为被干扰像素；(6)构造信号判定矩阵利用下面公式构造信号判定矩阵:
权利要求
1.切伦科夫荧光成像中Y射线的去除方法，包括如下步骤: (1)获取图像数据 Ia)在避光条件下用CCD相机捕获切伦科夫荧光图像； Ib)在避光条件下用CCD相机捕 获背景噪声图像； (2)图像预处理 将采集的荧光图像减去背景噪声图像，得到被干扰图像； (3)根据如下公式计算图像掩膜的宽度: w = 2t+l 其中，W表示图像掩膜的宽度大小，t表示迭代的次数； (4)获取局部方差图像 4a)使用平滑线性滤波器，对被干扰图像进行平滑线性滤波，获得图像中每个像素的局部均值； 4b)利用图像局部方差公式，计算被干扰图像中每个像素的局部方差，获取局部方差图像； (5)确定被干扰像素 5a)采用最大类间方差法处理局部方差图像，获取判定阈值； 5b)将局部方差图像中方差大于判定阈值的像素标记为被干扰像素； (6)构造信号判定矩阵 利用下面公式构造信号判定矩阵: Jl D(i,j)^C (W)-1o D(i,j)eC 其中，s(i，j)表示构造的信号判定矩阵，(i，j)表示信号判定矩阵第i行第j列对应的坐标值，D(i，j)表示被干扰图像在第i行第j列对应坐标的像素值，C表示被干扰像素的集合； (7)修复被干扰像素，获取初步修复图像 利用如下公式修复被干扰图像中被Y射线干扰的像素，获取初步修复图像: (mtn)eA 其中，P(i，j)表示修复后的被干扰像素，(i，j)表示修复后的被干扰像素对应的坐标值，(m，n)表示以坐标(i，j)为中心的图像掩膜范围内的图像像素对应的坐标值，A表示以坐标(i，j)为中心的图像掩膜范围内的图像像素的集合，Σ.表示求和运算符，S(m, η)表示信号判定矩阵第m行第η列对应的值，D (m，η)表示被干扰图像第m行第η列对应坐标的像素值； (8)判断初步修复图像是否满足处理要求 人工观察判断初步修复图像中是否存在被干扰的像素，如果是，将初步修复图像作为被干扰图像，返回步骤(3);否则，执行下一步骤； (9)对初步修复图像抑噪采用非截断小波抑噪公式，对初步修复图像进行抑噪，得到去除干扰图像，去除Y射线的过程结束。
2.根据权利要求1中所述的切伦科夫荧光成像中Y射线的去除方法，其特征在于，步骤4b)所述的图像的局部方差根据如下公式计算得来:
3.根据权利要求1中所述的切伦科夫荧光成像中Y射线的去除方法，其特征在于，步骤5a)所述的最大类间方差法，按如下步骤进行: 第一步，任意选定局部方差图像中一个像素点，将该像素点的灰度值作为初始阈值； 第二步，利用初始阈值将局部方差图像分为背景和前景两部分； 第三步，按照下式计算局部方差图像的类间方差: g = W0W1 (U0-U1) 其中，g表示局部方差图像的类间方差，Wtl表示局部方差图像前景部分像素点总数占整幅图像的比值，W1表示局部方差图像背景部分像素点总数占整幅图像的比值，Utl表示局部方差图像前景部分所有像素的灰度平均值，U1表示局部方差图像背景部分所有像素的灰度平均值； 第四步，遍历局部方差图像中所有的灰度值，得到使局部方差图像的类间方差最大的阈值。
4.根据权利要求1中所述的切伦科夫荧光成像中Y射线的去除方法，其特征在于，步骤(9)所述的非截断小波抑噪公式如下:
全文摘要
本发明公开一种切伦科夫荧光成像中γ射线的去除方法。主要解决切伦科夫成像中γ射线干扰图像质量的问题，其实现步骤是(1)获取图像数据；(2)图像预处理；(3)根据如下公式计算图像掩膜的宽度；(4)获取局部方差图像；(5)确定被干扰像素；(6)构造信号判定矩阵；(7)修复被干扰像素，获取初步修复图像；(8)判断初步修复图像是否满足处理要求；(9)对初步修复图像抑噪。本发明能够基本完全去除切伦科夫荧光图像中的γ射线，同时图像中切伦科夫荧光信号能够尽可能的保留下来，提高切伦科夫荧光成像的图像质量。
文档编号G06T5/00GK103177425SQ20131005143
公开日2013年6月26日 申请日期2013年1月26日 优先权日2013年1月26日
发明者梁继民, 刘沐寒, 徐显辉, 屈晓超, 陈雪利, 田捷 申请人:西安电子科技大学