專利名稱：一種把x光圖象上的骨和軟組織分離的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于醫(yī)學圖象處理的方法。
自從人類把X光技術應用于醫(yī)學領域后，患者在醫(yī)生面前的透明度大大提高。醫(yī)生可以通過X光片看到患者的內臟、骨骼和其他軟組織，從而大大提高了診斷的準確性，為其后的治療提供了科學依據(jù)。盡管七十年代以來又推出了“CT”技術，并獲得迅速的發(fā)展和廣泛的應用，但由于它不具備常規(guī)X光技術的許多優(yōu)點，所以無論現(xiàn)在還是將來，“CT”技術都無法取代常規(guī)X光技術。因此，對常規(guī)X光技術的繼續(xù)開發(fā)和改進仍具有重大的現(xiàn)實意義。
在常規(guī)X光技術中，所獲得的圖象是人體結構在點狀X光源的投射下，落到一個平面上的陰影。沿投影方向，所有的結構都重迭著，形成一個平面圖形。也就是說，一個三維空間的立體圖，被壓成了一個二維的平面圖。圖面上，前面的組織和后面的組織、骨骼和肉及其他軟組織都重迭在一起，影響了醫(yī)生的觀察和判斷。特別是骨組織與被其遮擋的軟組織之間的互相干擾尤為突出。如果被遮擋的軟組織恰有病變，那么由于骨骼的遮擋就使醫(yī)生難以發(fā)現(xiàn)，因為他不可能把前面的骨骼部分“移開”。如能找到一種辦法，把這種重迭的X光圖象進行“骨肉分離”，使其成為兩幅圖象，其中一幅僅含骨結構，另一幅僅含軟組織(包括肉、內臟等等)，那問題就解決了，就可以排除它們彼此間的干擾，使圖象清晰，便于觀察。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國開始了這方面的研究，他們稱之為“雙能量X光技術”。據(jù)報導，美國斯坦幅大學的Macovski等人用計算機數(shù)字圖象處理，可以從中得出前述的“骨肉分離”的圖象(見Med.Phys.8(5)，Sept./Oct.1981)。但做為正在研究中的新技術，其核心內容均未公開，更未見到實際應用的例子。美國斯坦福大學Macovski等人采用的就是“雙能量X光技術”，但其數(shù)值計算要用到高等數(shù)學知識，要進行函數(shù)級數(shù)展開、代數(shù)方程組求解、時域頻域互換等等，相當復雜，計算量也很大。而且，在進行圖象處理時，還一定要借助價格昂貴的“CT”設備進行，同時還要應用充氙的線性檢測器陣列。所有這些，對于我們國家的實際情況和經(jīng)濟實力而言，都是不易辦到的，更難以普遍推廣使用。
為了提高我國的醫(yī)療診斷能力，為了使我國的圖象處理水平走在世界的前列，為了適合我國的具體國情，我們研究出了一種把X光圖象上的骨和軟組織分離的方法。
本發(fā)明是一種用計算機數(shù)字圖象處理，從雙能量X光圖象獲得“骨肉分離”效果的方法。其要點在于，首先對人體(或其他對象)的同一部位，用常規(guī)的X光技術先后進行兩次拍攝，得到一對X光圖象膠片。先后兩次拍攝所用X光曝光條件不同，而且按一定要求分別設定為低能量X光和高能量X光。這就是所謂的“雙能量X光技術”。所得到的一對X光圖象膠片，就是普通的X光圖象膠片，它們均可單獨存在。但它們作為一對，則對應象元間灰階的差異，就包含了位于同該象元對應的、X光投射路經(jīng)上各種組織成分間比例的信息。利用這一信息，就可能實現(xiàn)“骨肉分離”。而提取這一信息的方法，是雙能量X光技術的關鍵。本發(fā)明成功地攻克了這一關鍵，利用灰階分段調整，逐次減去的辦法提取了此重要信息。具體而言，是把雙能量X光片的一對圖象輸入計算機后，分四步進行
第一步，把這對圖象在灰階坐標系中分別平移，使它們的象元灰階和對應的軟組織厚度間的關系由線性關系Y＝KX+b變?yōu)楹唵蔚恼壤P系Y′＝KX′。兩次拍攝所用的高低X光能量的影響，就表現(xiàn)為正比例關系的比例因子K。
第二步，將第一步所得的結果分別做比例調整后，兩圖相減，就可以逐次減去來自軟組織的全部灰階成分，得到一組表征原圖象中骨成份分布情況的中間數(shù)據(jù)，稱之為“骨掩?！?。
第三步，用第二步得到的骨掩模，再反過來從原始的、低能量的那幅骨肉相迭的圖象中，運用數(shù)學計算的方法一步一步地把來自骨的灰階成分逐步剔除，最終得到一幅僅含人體軟組織結構的圖象。
第四步，把在第三步中每一象元上剔除出來的內容再合在一起，就得到了一齪墻峁茍揮腥磣櫓耐枷?。宙溗，◇a僑夥擲搿鋇哪勘甌閌迪至恕 經(jīng)實驗證明，本發(fā)明的效果甚佳。由于本方法的總計算量不大，計算方法又是簡單的代數(shù)方法，很簡便，因此只需用一般的，甚至低級的微型計算機就能完成雙能量X光圖象的數(shù)字處理。設備廉價這一點特別符合我國的國情。已經(jīng)做了這樣一個實驗專門從市場上買了一些羊肉、一葉羊肺和幾根羊骨頭。而這一葉羊肺上恰恰有病變和空洞。把羊骨放在肉和肺的前面，并遮住上面的病變和空洞。然后對這一堆骨、肉、軟組織運用雙能量X光技術，拍攝出一對X光圖象膠片。將圖象送入微型計算機，依前述的四個步驟進行圖象處理，最終得出“骨肉分離”的兩幀照片。通過這個實驗，可以明顯地看出其“骨肉分離”的效果很好，分離出的兩幀照片均很清晰，羊肺上的病變和空洞在軟組織的那幅照片上一下子就看出來了。
這種把X光圖象上的骨和軟組織分離的方法不僅可以用于人體、動物體，而且還可以用于其他方面，例如對建筑物和其他構造物等。只要構成該物體的各物質的原子成份對X光的吸收量有明顯差異，就可以應用本方法。
在經(jīng)濟發(fā)達的國家里，現(xiàn)代X光圖象技術中已經(jīng)普遍采用“X光機-影象增強器-電視攝象機-計算機處理-電視顯示”的一整套系統(tǒng)設置，因此多數(shù)情況下并不出現(xiàn)固化在真實膠片上的所謂“X光膠片”。但我國目前還不可能廣泛普及這種系統(tǒng)設置。本發(fā)明就是在簡陋的設備條件下進行實驗的。首先是采用常規(guī)的X光機拍攝到了模型的雙能量X光膠片。然后，再把X光膠片上的圖象輸入到配備有簡單的圖象處理硬件的微型計算機中，該微型計算機就是一臺普通的IBM-PC機。圖象輸入計算機后，用自己編制的計算程序對其進行圖象處理，最后得出“骨肉分離”的兩幀照片。本發(fā)明不僅現(xiàn)在可以在國內推廣、普及，將來也同樣可以在高級的系統(tǒng)設置中應用，效果將只能更好。
權利要求
1.一種能夠把X光圖象上的骨骼和軟組織相互分離開來的方法，其特征在于首先對人體(或其他對象)的同一部位，采用“雙能量X光技術”，拍攝出一對X光圖象的膠片來。
2.一種按照權利要求1所說的方法，其特征在于將所拍攝到的一對X光圖象送入計算機內進行圖象處理，處理時將兩圖象的灰階分段調整，逐次減去。
3.一種按照權利要求1、2所說的方法，其特征在于所說的灰階分段調整、逐次減去應包括如下內容將一對圖象在灰階坐標系中移動，使它們的象元灰階和對應的軟組織厚度間呈簡單的正比例關系Y′＝KX′;將兩圖相減，逐次減去來自軟組織的全部灰階成分，得到一組表征原圖象中骨成份分布情況的中間數(shù)據(jù)-“骨掩?！?利用“骨掩?！焙蛿?shù)學計算，一步一步地把原始圖象中來自骨的灰階成分逐漸剔除，得到一幅僅含人體軟組織結構的圖象;再把剔除出來的灰階成份拼合在一起，得到另一幅僅含骨結構的圖象。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學圖象處理方法。利用這種方法，可以把對人體拍攝的X光片上相互重疊的骨骼和軟組織分離開來，以便醫(yī)生觀察得更清楚，診斷得更準確。本方法先采用雙能量X光技術，對人體同一部位拍攝兩幅X光膠片，然后將X光片上的圖象送入計算機內進行圖象處理，處理時運用灰階分段調整，逐步減除的辦法，最終得到“骨肉分離”的兩幀圖象。這種方法可以廣泛應用于醫(yī)學臨床，提高我國的醫(yī)療水平。
文檔編號A61B6/00GK1036897SQ8810213
公開日1989年11月8日 申請日期1988年4月14日 優(yōu)先權日1988年4月14日
發(fā)明者武伯歌, 蔣大宗 申請人:西安交通大學