專利名稱：基于數(shù)字x光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置、方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置、方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中，醫(yī)學(xué)圖像是醫(yī)生判斷病人病情的重要資料，對診斷是至關(guān)重要的，現(xiàn)在對于醫(yī)學(xué)圖像采集和處理有一些已知的方法。醫(yī)學(xué)圖像采集通常如圖1所示結(jié)構(gòu)示意圖，因X射線不可見的特點，電荷耦合元件CCD相機不能直接采集X射線，所以通過閃爍屏將X射線轉(zhuǎn)換成微弱的可見光，并由影像增強板將微弱的光信號增強，轉(zhuǎn)換后的光線為可見光，可見光經(jīng)反射鏡改變光路后被大接收度、短焦距鏡頭組收集到CXD相機，CXD相機輸出的數(shù)字圖像嵌入式系統(tǒng)后送計算機顯示、處理和存儲。常見的醫(yī)學(xué)圖像的處理方式可從一些公開的文獻資料中獲知，但通常各種醫(yī)療成像設(shè)備對數(shù)據(jù)都是沒有經(jīng)過壓縮的，對接受或采集到的圖像不做處理便傳輸至電腦PC機，屬于傳統(tǒng)的“圖像采集-PC機-終端控制設(shè)備”模式，也通常采用的是單一的有線數(shù)據(jù)傳輸方式。例如，《醫(yī)療衛(wèi)生裝備》2008年第29卷4期公開的《嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器上的應(yīng)用》中，提出采用非晶硅做轉(zhuǎn)換X射線材料，運用多功能DR攝影技術(shù)，將所攝得的圖像運用后處理軟件進行一系列后處理工作，如在系統(tǒng)的操作界面內(nèi)進行圖像的裁剪、放大、縮小、影像增強、黑白反轉(zhuǎn)等。又如，《微型計算機與應(yīng)用》2011年第30卷13期公開的《基于ARM9的CMOS圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》中，提出采用32位ARM微處理器、CMOS圖像傳感器和CPLD為核心器件，主要功能模塊有SDRAM存儲單元、圖像采集單元、以太網(wǎng)傳輸模塊、Flash模塊，應(yīng)用于圖像監(jiān)控、醫(yī)療檢測領(lǐng)域等。

然而，當(dāng)醫(yī)院采用高分辨率CXD圖像傳感器，對病人進行多次連拍或者多個CXD圖像傳感器多角度拍攝時，采集的數(shù)據(jù)量是很大的，傳統(tǒng)的“圖像采集-PC機-終端控制設(shè)備”模式會傳輸大量不必要的信息，增加了數(shù)據(jù)傳輸和存儲的負擔(dān)，更重要的是，冗余信息對有用信息產(chǎn)生較大干擾，降低了醫(yī)生診斷準(zhǔn)確性。進一步地，當(dāng)需要多個CXD圖像傳感器同時工作或多角度拍攝時，傳統(tǒng)的有線傳輸?shù)亩鄺l傳輸線會嚴重約束CCD圖像傳感器的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置、方法及系統(tǒng)，具有功耗低、實時性好，穩(wěn)定性高的特點。本發(fā)明提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，包括:X射線發(fā)射單元00，用于發(fā)射X射線；感光單元10，用于將穿越人體后的X射線轉(zhuǎn)換成電信號，包括C⑶圖像傳感器11 ；中央處理單元20，用于控制原始圖像采集，存儲和預(yù)處理原始圖像；
所述中央處理單元20包括處理器21和與其連的第一存儲器22、第二存儲器23和圖像預(yù)處理單元24 ;所述處理器21控制CXD圖像傳感器11采集原始圖像，將采集后的原始圖像緩存于第一存儲器22中，所述圖像預(yù)處理單元24對原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器23中；數(shù)據(jù)傳輸單元30，用于傳輸?shù)诙鎯ζ?3中的經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述壓縮處理采用JPEG2000壓縮方法，包括預(yù)處理和核心處理，所述預(yù)處理包括圖像分片、直流電平位移和分量變換，所述所述核心處理包括小波變換、量化和熵編碼。優(yōu)選地，所述降噪處理采用Kalman濾波降噪方法，采用反饋控制方法估計過程狀態(tài)。優(yōu)選地，所述有效灰度選擇包括采用圖像二值化處理和閾值處理；所述圖像二值化包括設(shè)定某一閾值T，用T將圖像的數(shù)據(jù)分成兩大部分:大于T的像素群和小于T的像素群；所述閾值處理包括先由用戶指定或通過算法生成一個閾值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為O或255，否則灰度值設(shè)置為255或O ;所述閥值T采用計算均方差或者計算類分離指標(biāo)方法確定。本發(fā)明還提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，包括以上圖像處理裝置,還包括上位機40和數(shù)據(jù)中心50 ；所述上位機40通過電纜線`與所述圖像處理裝置、數(shù)據(jù)中心50相連接，數(shù)據(jù)中心50接收和存儲所述圖像處理裝置傳送來的經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，包括:101、接收透過人體后的X射線；102、將X射線轉(zhuǎn)換成電信號，采集原始圖像信息，將采集的原始圖像信息緩存于第一存儲器中；103、從第一存儲器中讀出緩存的原始圖像信息，對原始圖像信息進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理；104、將經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器中；105、將經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)傳輸出去。優(yōu)選地，所述壓縮處理采用JPEG2000壓縮方法，包括預(yù)處理和核心處理，所述預(yù)處理包括圖像分片、直流電平位移和分量變換，所述所述核心處理包括小波變換、量化和熵編碼。優(yōu)選地，所述降噪處理采用Kalman濾波降噪方法，采用反饋控制方法估計過程狀態(tài)。優(yōu)選地，所述有效灰度選擇包括采用圖像二值化處理和閾值處理；所述圖像二值化處理包括設(shè)定某一閾值T，用T將圖像的數(shù)據(jù)分成兩大部分:大于T的像素群和小于T的像素群；所述閾值處理包括根據(jù)以上閾值T修改像素的灰度值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為O或255,否則灰度值設(shè)置為255或O ;
所述閥值T采用計算均方差或者計算類分離指標(biāo)方法確定。本發(fā)明采用分開設(shè)置的第一存儲器和第二存儲器，一個用于存放原始圖像信息，另一個用于存儲經(jīng)圖像預(yù)處理后的圖像信息，使得能夠?qū)⒃紙D像的存取與經(jīng)預(yù)處理后的圖像的寫入讀取分開，避免了針對同一存儲器的數(shù)據(jù)同時讀寫操作而導(dǎo)致的存儲和處理效率的降低，提高了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)讀寫效率，在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景，本發(fā)明圖像預(yù)處理單元將原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，對原始圖像中的冗余信息進行排除，增大了有用信息的存儲和傳輸，既提升了傳輸效率，又避免了冗余信息對醫(yī)生診斷所帶來的干擾，提升了基于數(shù)字X光機進行診斷的準(zhǔn)確性。


圖1現(xiàn)有數(shù)字X光機結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)優(yōu)選實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的醫(yī)學(xué)圖像處理流程示意圖；圖5為本發(fā)明數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法優(yōu)選實施例流程示意圖；圖6為本發(fā)明實施例kalman濾波預(yù)估一校正狀態(tài)變化結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明實施例kalman濾波離散-時間線性系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程的矢量結(jié)構(gòu)圖； 圖8為本發(fā)明實施例kalman濾波觀測模型的矢量結(jié)構(gòu)圖；圖9本發(fā)明實施例kalman濾波流程示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明做進一步詳細說明。本發(fā)明提供一種數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置100，優(yōu)選的實施結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,包括:X射線發(fā)射單元00，用于發(fā)射X射線；感光單元10，用于將穿越人體后的X射線轉(zhuǎn)換成電信號，包括CXD圖像傳感器11，中央處理單元20，用于控制原始圖像采集，存儲和預(yù)處理原始圖像，包括處理器21和與其連的第一存儲器22、第二存儲器23和圖像預(yù)處理單元24 ;所述處理器21控制CCD圖像傳感器11采集原始圖像，將采集后的原始圖像緩存于第一存儲器22中，所述圖像預(yù)處理單元24對原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器23中；本發(fā)明采用分開設(shè)置的第一存儲器和第二存儲器，一個用于存放原始圖像信息，另一個用于存儲經(jīng)圖像預(yù)處理后的圖像信息，使得能夠?qū)⒃紙D像的存取與經(jīng)預(yù)處理后的圖像的寫入讀取分開，避免了針對同一存儲器的數(shù)據(jù)同時讀寫操作而導(dǎo)致的存儲和處理效率的降低，提高了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)讀寫效率，在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景，本發(fā)明圖像預(yù)處理單元24將原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，對原始圖像中的冗余信息進行排除，增大了有用信息的存儲和傳輸，既提升了傳輸效率，又避免了冗余信息對醫(yī)生診斷所帶來的干擾，提升了基于數(shù)字X光機進行診斷的準(zhǔn)確性。優(yōu)選的，所述處理器21采用ARM7系列處理器、ARM9系列處理器、ARMl I系列處理器或Cortex處理器的任意一種，以上選擇是基于醫(yī)學(xué)圖像對較強數(shù)據(jù)能力的要求和成本的考量，ARM系列處理器具有明顯適應(yīng)性。優(yōu)選的，所述第一存儲器22和第二存儲器23采用SDRAM存儲器或FLASH存儲器的任意一種。數(shù)據(jù)傳輸單元30，用于傳輸?shù)诙鎯ζ?3中的經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)、控制信令以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)傳輸單元30為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊31或/和千兆網(wǎng)卡傳輸模塊32，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊31或/和千兆網(wǎng)卡傳輸模塊32與處理器21相連，進行數(shù)據(jù)的傳輸；也即是說，數(shù)據(jù)傳輸單元30可以采用有線的千兆網(wǎng)卡傳輸模塊32，也可以采用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊31，當(dāng)需要多個CCD圖像傳感器同時工作或多角度拍攝時，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的無線傳輸特性將不受有線連接的傳輸線的限制，將更加適用。優(yōu)選的，所述無線傳輸模塊31采用NETGEAR的A6200千兆無線網(wǎng)卡、D-Link的Ilac千兆無線網(wǎng)卡任意一種進行傳輸。優(yōu)選的，所述千兆網(wǎng)卡傳輸模塊32采用3Com公司的3C996-T網(wǎng)卡、Accton公司的EN1407-T網(wǎng)卡或TP-LI NK公司的TG-6421網(wǎng)卡的任意一種進行傳輸。作為一種優(yōu)選實施例,本發(fā)明提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，如圖3所示，包括上述圖像處理裝置100、上位機40和數(shù)據(jù)中心50;所述上位機40通過電纜線與所述圖像處理裝置100、數(shù)據(jù)中心50相連接，數(shù)據(jù)中心50接收和存儲圖像處理裝置100傳送來的經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)，所述上位機40為控制終端，可以為一般的PC機、筆記本、IPAD或手機等移動終端，用于向X射線發(fā)射單元00、感光單元10發(fā)送操作控制指令，設(shè)定中央處理單元20、數(shù)據(jù)傳輸單元30的工作模式，接收存儲數(shù)據(jù)傳輸單元30傳來的圖像數(shù)據(jù)。本發(fā)明的信號處理流程如圖4所示，X射線發(fā)射單元00發(fā)射X光信號，穿過人體后到達感光單元10，感光單元10的CCD圖像傳感器11將X光信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳給中央處理單元20，在處理器21控制下，先將原始圖像數(shù)據(jù)緩存于第一存儲器22中，然后將存儲于第一存儲器22中的原始圖像數(shù)據(jù)在圖像預(yù)處理單元24中進行圖像預(yù)處理，然后將經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器23中，最后將經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單兀30發(fā)送出去。本發(fā)明感光單元10處理流程包括，首先進行初始化，中斷寄存器配置，開外部寄存器，CCD圖像傳感器11驅(qū)動載入系統(tǒng)(Iinux)內(nèi)核，設(shè)置圖像數(shù)據(jù)傳輸通道等，進入循環(huán)狀態(tài)。然后打開CCD圖像傳感器11，并對設(shè)備進行初始化，設(shè)置要拍攝圖片的大小、分辨率等。接著CCD圖像傳感器11開始捕獲圖像，等到一幀圖像捕獲完成后停止捕獲，關(guān)閉CCD圖像傳感器11，并向處理器發(fā)出圖像捕獲完成的信號。本發(fā)明提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，如圖5所示，包括:101、接收透過人體后的X射線
102、將X射線轉(zhuǎn)換成電信號，采集原始圖像信息，將采集的原始圖像信息緩存于第一存儲器中；103、從第一存儲器中讀出緩存的原始圖像信息，對原始圖像信息進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理。104、將經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器中；105、將經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)傳輸出去。本發(fā)明采用分開設(shè)置的第一存儲器和第二存儲器，一個用于存放原始圖像信息，另一個用于存儲經(jīng)圖像預(yù)處理后的圖像信息，使得能夠?qū)⒃紙D像的存取與經(jīng)預(yù)處理后的圖像的寫入和讀取分開，避免了針對同一存儲器的數(shù)據(jù)同時讀寫操作而導(dǎo)致的存儲和處理效率的降低，提高了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)讀寫效率，在醫(yī)學(xué)圖像處理領(lǐng)域具有較廣闊的應(yīng)用前景，本發(fā)明圖像預(yù)處理單元24將原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，對原始圖像中的冗余信息進行排除，增大了有用信息的存儲和傳輸，既提升了傳輸·效率，又避免了冗余信息對醫(yī)生診斷所帶來的干擾，提升了基于數(shù)字X光機進行診斷的準(zhǔn)確性。上述圖像預(yù)處理單元(24)和步驟103都涉及對原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，下面針對其具體處理方式，分別予以介紹。對圖像進行壓縮處理有多種現(xiàn)有技術(shù)可進行選擇，例如采用JPEG圖像壓縮算法等，由于考慮到醫(yī)學(xué)圖像對精度有較高要求，本發(fā)明優(yōu)選采用JPEG2000無損壓縮算法對原始圖像進行壓縮處理。本發(fā)明采用的JPEG2000壓縮方法，包括:預(yù)處理和核心處理；所述預(yù)處理包括:圖像分片、直流電平(DC)位移和分量變換。圖像分片，是在編碼前，把源圖像進行分害I]，分成若干互不重疊的拼接塊(tiling)，對每一個拼接塊進行編碼操作。這樣以拼接塊為基本單位獨立編碼，可以處理較大的圖像、節(jié)省存儲空間。同時還能夠在圖像的特定位置截取具有特定要求的重構(gòu)子圖。直流電平(DC)位移是在對每個拼接塊進行正向離散小波變換之前，進行直流電平位移。目的是在解碼時，能夠從有符號的數(shù)值中正確恢復(fù)重構(gòu)的無符號樣本值。分量變換是線性變換:將圖像RGB轉(zhuǎn)換成YCbCr色彩空間，以便進行核心處理。所述核心處理包括小波變換、量化和熵編碼。小波變換對系數(shù)圖像的不同級數(shù)進行解碼，可以得到具有不同空間分辨率的圖像。本專利中在JPEG2000編碼系統(tǒng)選擇整數(shù)Daubech ies (5，3)小波濾波器，是可逆非線性的，可以用于有損或者無損壓縮。由于整數(shù)Daubech ies (5，3)小波濾波器為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)，不再詳述。量化是根據(jù)變換后圖像的特征、重構(gòu)圖像質(zhì)量要求等因素來設(shè)計合理的量化步長。JPEG2000核心系統(tǒng)采用恒域標(biāo)量量化。在每個子帶可以有不同的步長。但是在一個子帶中只有一個量化步長。可以根據(jù)給定的質(zhì)量水平等因素來選擇步長(JPEG中所應(yīng)用的)，來獲得一個固定的比率。圖像經(jīng)過小波變換、量化后，在一定程度上減少了空域和頻域上的冗余度，但是數(shù)據(jù)在統(tǒng)計意義上還存在一定的相關(guān)性。
熵編碼可以消除統(tǒng)計相關(guān)性，把量化后的子帶分割成小矩形塊(稱為碼塊)，分別對每個碼塊編碼。所述降噪處理有多種現(xiàn)有技術(shù)都可以進行，例如基于偏微分方程的圖像降噪算法等，由于考慮到經(jīng)本發(fā)明經(jīng)以上壓縮處理后圖像的特殊性，本發(fā)明優(yōu)選采用Kalman濾波降噪算法?？柭鼮V波用反饋控制的方法估計過程狀態(tài):濾波器估計過程某一時刻的狀態(tài)，然后以(含噪聲的)測量變量的方式獲得反饋。因此卡爾曼濾波可分為兩個部分:時間更新方程和測量更新方程。時間更新方程負責(zé)及時向前推算當(dāng)前狀態(tài)變量和誤差協(xié)方差估計的值，以便為下一個時間狀態(tài)構(gòu)造先驗估計。測量更新方程負責(zé)反饋，也就是說，它將先驗估計和新的測量變量結(jié)合以構(gòu)造改進的后驗估計。時間更新方程也可視為預(yù)估方程，測量更新方程可視為校正方程。最后的估計算法成為一種具有數(shù)值解的預(yù)估一校正算法，如圖6所示。時間更新方程將當(dāng)前狀態(tài)變量作為先驗估計及時地向前投射到測量更新方程，測量更新方程校正先驗估計以獲得狀態(tài)的后驗估計。時間更新方程和測量更新方程中的狀態(tài)方程、觀測方程、濾波估計、kalman增益、協(xié)方差矩陣的確定是kalman濾波的關(guān)鍵。確定過程如下:系統(tǒng)的狀態(tài)方程由圖7所給出的模型決定。假定狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Φ (k+1，k)，激勵轉(zhuǎn)移矩陣Γ (k+l，k)是已知的，并且是確定性的，w(k)為圖像信號激勵。而觀測模型由圖8給出，其中狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣H(k+1)和觀測誤差v(k+l)也是已知的，并且是確定性的，x(k+l)圖像信號激勵。它們 可以寫為x(k+l)=C> (k+1, k)x(k) + r (k+1, k)w(k), k=0, 1，...狀態(tài)方程z (k+1) =H (k+1) x (k+1) +v (k+1)觀測方程kalman濾波估計由Kalman所給出的最優(yōu)線性濾波估計i(l+ l|々 + l)是由下面的遞歸矩陣公式?jīng)Q定
的，即
x{k + I μ +1) = Φ(/; + 1,/;)χ(/; I k) + K{k + i)[z(A- + l)
-H(k + m(k + lk)Hk\k)]初始條件對01 O) = O, k > O這里K (k+1)稱為卡爾曼增益，表達式為K (k+1) =P (k+11 k) Ht (k+1)X [H (k+1) P (k+11 k) Ht (k+1) +R (k+1) ] ^1, k=0, I,...
其中P(k+l|k)表示單步預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣，R(k+1)為tk時刻的協(xié)方差矩陣，假設(shè)已知，并且是確定的。單步預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣(單步性能)P(k+l|k)=0 (k+l，k)P(k|k) 0T(k+l，k) + r (k+l，k)Q(k) rT(k+l，k)初始條件P (0 I 0) =P (0)，k=0, 1...
濾波誤差的誤差協(xié)方差矩陣(協(xié)方差遞歸形式)P(k+1 Ik + I) = [1-κ (k+1) H (k+1) ] P (k+11 k), k=0, 1...
性能評價(系統(tǒng)狀態(tài)的kalman濾波估計的協(xié)方差矩陣)P{k +1 j k +1) = /；[{x(A -1-1) - x(k +11 /t +1))(. (Χ: +1) -1(A + 11A- +1))7 ], k = 0 I 計
算完時間更新方程和測量更新方程后，kalman的濾波過程如圖9所示。整個過程都是一直重復(fù)時間更新方程和測量更新方程，得到濾波后的狀態(tài)矢I X和單步預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣Pk。圖中:Xk=fI3kIk-1Xk-1+Γ k|k-1Wk-1Zk=HkXk+Vk式中:Xk——是一個nX I維矢量，稱為tk時刻的狀態(tài)矢量A是一個nX I維矢量，稱為td時刻的初始條件或初始狀態(tài)矢量Akiirf是一個nXn維矩陣,稱為V1時刻至tk時刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；Γ ,μ是一個nXp維矩陣，稱為時刻至tk時刻的激勵轉(zhuǎn)移矩陣；PkIk-!是一個nXn維矩陣，稱為tk_i時刻至tk時刻的單步預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣Λ是一個η X η維矩陣，稱為h時刻的初始條件或初始單步預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣；Kk是一個η X η維矩陣，稱為tk時刻的卡爾曼增益；Hk是一個mXn維矢量，稱為tk時刻的測量矩陣；Zk是一個mX I維矢量，稱為tk時刻的觀測(測量)矢量；Rk是一個nXn維正定矩陣，稱為tk_i時刻的協(xié)方差矩陣是一個nXn維正定矩陣，稱為tk_i時刻的協(xié)方差矩陣；Vk是一個mX I維矢量，代表在tk時刻的測量誤差是一個pX I維矢量，稱為tk時刻的激勵矢量。Kalman濾波算法 可以明顯減弱圖像背景上的縱向條紋噪聲和隨機漲落噪聲，對圖像的細節(jié)信息保持得很好，幾乎不會有損失?；叶茸儞Q是指根據(jù)某種目標(biāo)條件按一定變換關(guān)系逐點改變原圖像中每一個像素灰度值的方法，目的是為了改善畫質(zhì)，使圖像的顯示效果更加清晰?；叶茸儞Q有時又被稱為圖像的對比度增強或?qū)Ρ榷壤?。例如為了顯示出圖像的細節(jié)部分或提高圖像的清晰度，需要將圖像整個范圍的灰度級或其中某一段(a，b)灰度級擴展或壓縮到(a'，b')，這些都要求采用灰度變換方法。本發(fā)明所述有效灰度選擇就是把視野感知范圍的灰度進行變換，變換的目的是把感知范圍內(nèi)的灰度變?yōu)轱@示的灰度加以擴展，而把不能感知的灰度進行壓縮。所述有效灰度選擇算法有多種現(xiàn)有技術(shù)都可以進行，例如采用基于遺傳退火方法的灰度圖像選擇算法等，見《基于遺傳退火方法的灰度圖像閾值選擇算法》，計算機仿真，2010年第4期，由于考慮到經(jīng)本發(fā)明經(jīng)以上壓縮處理和降噪聲處理后圖像的特殊性，本發(fā)明優(yōu)選采用以下有效灰度選擇算法。從圖像輸入裝置得到的圖像數(shù)據(jù)，以濃淡表示，各個像素與某一灰度值相對應(yīng)。設(shè)原圖像像素的灰度值D=f (X，y)，處理后圖像像素的灰度值D' =g(x, y)，則灰度增強可表示為:g (X，y) =T [f (X，y)]或 D’ =T (D)要求D和D'都在圖像的灰度范圍之內(nèi)。函數(shù)稱為灰度變換函數(shù)，它描述了輸入灰度值和輸出灰度值之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
本專利中采用二值化和閾值處理對灰度進行處理。具體原理如下:所述圖像二值化包括設(shè)定某一閾值T，用T將圖像的數(shù)據(jù)分成兩大部分:大于T的像素群和小于T的像素群。所述閾值處理包括先由用戶指定或通過算法生成一個閾值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為O或255,否則灰度值設(shè)置為255或O,變換函數(shù)表達式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，其特征在于，包括: X射線發(fā)射單元(00)，用于發(fā)射X射線； 感光單元(10)，用于將穿越人體后的X射線轉(zhuǎn)換成電信號，包括CCD圖像傳感器(11); 中央處理單元(20)，用于控制原始圖像采集，存儲和預(yù)處理原始圖像； 所述中央處理單元(20)包括處理器(21)和與其連的第一存儲器(22)、第二存儲器(23)和圖像預(yù)處理單元(24);所述處理器(21)控制CXD圖像傳感器(11)采集原始圖像，將采集后的原始圖像緩存于第一存儲 器(22)中，所述圖像預(yù)處理單元(24)對原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器(23)中； 數(shù)據(jù)傳輸單元(30 )，用于傳輸?shù)诙鎯ζ?23 )中的經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，其特征在于， 所述處理器(21)采用ARM7系列處理器、ARM9系列處理器、ARMl I系列處理器或Cortex處理器的任意一種； 所述第一存儲器(22)和第二存儲器(23)采用SDRAM存儲器或FLASH存儲器的任意一種； 所述數(shù)據(jù)傳輸單元(30)為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(31)或/和千兆網(wǎng)卡傳輸模塊(32)，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(31)或/和千兆網(wǎng)卡傳輸模塊(32)與處理器(21)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，其特征在于，所述壓縮處理采用JPEG2000壓縮方法，包括預(yù)處理和核心處理，所述預(yù)處理包括圖像分片、直流電平位移和分量變換，所述所述核心處理包括小波變換、量化和熵編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，其特征在于，所述降噪處理采用Kalman濾波降噪方法，采用反饋控制方法估計過程狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置，其特征在于，所述有效灰度選擇包括采用圖像二值化處理和閾值處理； 所述圖像二值化包括設(shè)定某一閾值T，用T將圖像的數(shù)據(jù)分成兩大部分:大于T的像素群和小于T的像素群； 所述閾值處理包括先由用戶指定或通過算法生成一個閾值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為O或255,否則灰度值設(shè)置為255或O ; 所述閥值T采用計算均方差或者計算類分離指標(biāo)方法確定。
6.一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利1-5任一圖像處理裝置，還包括上位機(40)和數(shù)據(jù)中心(50)； 所述上位機(40)通過電纜線與所述圖像處理裝置、數(shù)據(jù)中心(50)相連接，數(shù)據(jù)中心(50)接收和存儲所述圖像處理裝置傳送來的經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)。
7.一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，其特征在于，包括: · 101、接收透過人體后的X射線；· 102、將X射線轉(zhuǎn)換成電信號，采集原始圖像信息，將采集的原始圖像信息緩存于第一存儲器中； · 103、從第一存儲器中讀出緩存的原始圖像信息，對原始圖像信息進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理；.104、將經(jīng)預(yù)處理后的圖像數(shù)據(jù)緩存于第二存儲器中； .105、將經(jīng)預(yù)處理完成后的圖像數(shù)據(jù)傳輸出去。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，其特征在于，所述壓縮處理采用JPEG2000壓縮方法，包括預(yù)處理和核心處理，所述預(yù)處理包括圖像分片、直流電平位移和分量變換，所述所述核心處理包括小波變換、量化和熵編碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，其特征在于，所述降噪處理采用Kalman濾波降噪方法，采用反饋控制方法估計過程狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理方法，其特征在于，所述有效灰度選擇包括采用圖像二值化處理和閾值處理； 所述圖像二值化處理包括設(shè)定某一閾值T，用T將圖像的數(shù)據(jù)分成兩大部分:大于T的像素群和小于T的像素群； 所述閾值處理包括根據(jù)以上閾值T修改像素的灰度值，如果圖像中某像素的灰度值小于該閾值，則將該像素的灰度值設(shè)置為O或255，否則灰度值設(shè)置為255或O ; 所述閥值T 采用計算均方差或者計算類分離指標(biāo)方法確定。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，提供一種基于數(shù)字X光機的醫(yī)學(xué)圖像處理裝置、方法及系統(tǒng)，所述裝置包括X射線發(fā)射單元、感光單元、中央處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元；所述中央處理單元包括處理器和與其連的第一存儲器、第二存儲器和圖像預(yù)處理單元；采用分開設(shè)置的第一存儲器和第二存儲器，一個用于存放原始圖像信息，另一個用于存儲經(jīng)圖像預(yù)處理后的圖像信息，將原始圖像的存取與經(jīng)預(yù)處理后的圖像的寫入讀取分開，提高了醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)讀寫效率；圖像預(yù)處理單元將原始圖像進行預(yù)處理，包括對原始圖像進行壓縮處理、降噪處理、有效灰度選擇處理，對原始圖像中的冗余信息進行排除，增大了有用信息的存儲和傳輸，既提升了傳輸效率。
文檔編號A61B6/00GK103247035SQ20131018631
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者李章勇, 劉圣蓉, 劉杰, 張荔芳, 王偉, 趙志強, 趙德春, 龐宇, 王浩 申請人:重慶郵電大學(xué)