基于数字X光机的医学图像处理装置、方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及医疗器械技术领域，提供一种基于数字X光机的医学图像处理装置、方法及系统，所述装置包括X射线发射单元、感光单元、中央处理单元和数据传输单元；所述中央处理单元包括处理器和与其连的第一存储器、第二存储器和图像预处理单元；采用分开设置的第一存储器和第二存储器，一个用于存放原始图像信息，另一个用于存储经图像预处理后的图像信息，将原始图像的存取与经预处理后的图像的写入读取分开，提高了医学图像数据读写效率；图像预处理单元将原始图像进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理，对原始图像中的冗余信息进行排除，增大了有用信息的存储和传输，既提升了传输效率。

【技术实现步骤摘要】
基于数字X光机的医学图像处理装置、方法及系统
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种基于数字X光机的医学图像处理装置、方法及系统。
技术介绍
现代医学中，医学图像是医生判断病人病情的重要资料，对诊断是至关重要的，现在对于医学图像采集和处理有一些已知的方法。医学图像采集通常如图1所示结构示意图，因X射线不可见的特点，电荷耦合元件CCD相机不能直接采集X射线，所以通过闪烁屏将X射线转换成微弱的可见光，并由影像增强板将微弱的光信号增强，转换后的光线为可见光，可见光经反射镜改变光路后被大接收度、短焦距镜头组收集到CCD相机，CCD相机输出的数字图像嵌入式系统后送计算机显示、处理和存储。常见的医学图像的处理方式可从一些公开的文献资料中获知，但通常各种医疗成像设备对数据都是没有经过压缩的，对接受或采集到的图像不做处理便传输至电脑PC机，属于传统的“图像采集-PC机-终端控制设备”模式，也通常采用的是单一的有线数据传输方式。例如，《医疗卫生装备》2008年第29卷4期公开的《嵌入式系统在医疗仪器上的应用》中，提出采用非晶硅做转换X射线材料，运用多功能DR摄影技术，将所摄得的图像运用后处理软件进行一系列后处理工作，如在系统的操作界面内进行图像的裁剪、放大、缩小、影像增强、黑白反转等。又如，《微型计算机与应用》2011年第30卷13期公开的《基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计与实现》中，提出采用32位ARM微处理器、CMOS图像传感器和CPLD为核心器件，主要功能模块有SDRAM存储单元、图像采集单元、以太网传输模块、Flash模块，应用于图像监控、医疗检测领域等。然而，当医院采用高分辨率CCD图像传感器，对病人进行多次连拍或者多个CCD图像传感器多角度拍摄时，采集的数据量是很大的，传统的“图像采集-PC机-终端控制设备”模式会传输大量不必要的信息，增加了数据传输和存储的负担，更重要的是，冗余信息对有用信息产生较大干扰，降低了医生诊断准确性。进一步地，当需要多个CCD图像传感器同时工作或多角度拍摄时，传统的有线传输的多条传输线会严重约束CCD图像传感器的应用范围。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提出了一种基于数字X光机的医学图像处理装置、方法及系统，具有功耗低、实时性好，稳定性高的特点。本专利技术提供一种基于数字X光机的医学图像处理装置，包括：X射线发射单元00，用于发射X射线；感光单元10，用于将穿越人体后的X射线转换成电信号，包括CCD图像传感器11；中央处理单元20，用于控制原始图像采集，存储和预处理原始图像；所述中央处理单元20包括处理器21和与其连的第一存储器22、第二存储器23和图像预处理单元24；所述处理器21控制CCD图像传感器11采集原始图像，将采集后的原始图像缓存于第一存储器22中，所述图像预处理单元24对原始图像进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理，经预处理后的图像数据缓存于第二存储器23中；数据传输单元30，用于传输第二存储器23中的经预处理完成后的图像数据。优选地，所述压缩处理采用JPEG2000压缩方法，包括预处理和核心处理，所述预处理包括图像分片、直流电平位移和分量变换，所述所述核心处理包括小波变换、量化和熵编码。优选地，所述降噪处理采用Kalman滤波降噪方法，采用反馈控制方法估计过程状态。优选地，所述有效灰度选择包括采用图像二值化处理和阈值处理；所述图像二值化包括设定某一阈值T，用T将图像的数据分成两大部分：大于T的像素群和小于T的像素群；所述阈值处理包括先由用户指定或通过算法生成一个阈值，如果图像中某像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0或255，否则灰度值设置为255或0；所述阈值T采用计算均方差或者计算类分离指标方法确定。本专利技术还提供一种基于数字X光机的医学图像处理系统，包括以上图像处理装置，还包括上位机40和数据中心50；所述上位机40通过电缆线与所述图像处理装置、数据中心50相连接，数据中心50接收和存储所述图像处理装置传送来的经预处理后的图像数据。本专利技术还提供一种基于数字X光机的医学图像处理方法，包括：101、接收透过人体后的X射线；102、将X射线转换成电信号，采集原始图像信息，将采集的原始图像信息缓存于第一存储器中；103、从第一存储器中读出缓存的原始图像信息，对原始图像信息进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理；104、将经预处理后的图像数据缓存于第二存储器中；105、将经预处理完成后的图像数据传输出去。优选地，所述压缩处理采用JPEG2000压缩方法，包括预处理和核心处理，所述预处理包括图像分片、直流电平位移和分量变换，所述所述核心处理包括小波变换、量化和熵编码。优选地，所述降噪处理采用Kalman滤波降噪方法，采用反馈控制方法估计过程状态。优选地，所述有效灰度选择包括采用图像二值化处理和阈值处理；所述图像二值化处理包括设定某一阈值T，用T将图像的数据分成两大部分：大于T的像素群和小于T的像素群；所述阈值处理包括根据以上阈值T修改像素的灰度值，如果图像中某像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0或255，否则灰度值设置为255或0；所述阈值T采用计算均方差或者计算类分离指标方法确定。本专利技术采用分开设置的第一存储器和第二存储器，一个用于存放原始图像信息，另一个用于存储经图像预处理后的图像信息，使得能够将原始图像的存取与经预处理后的图像的写入读取分开，避免了针对同一存储器的数据同时读写操作而导致的存储和处理效率的降低，提高了医学图像数据读写效率，在医学图像处理领域具有较广阔的应用前景，本专利技术图像预处理单元将原始图像进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理，对原始图像中的冗余信息进行排除，增大了有用信息的存储和传输，既提升了传输效率，又避免了冗余信息对医生诊断所带来的干扰，提升了基于数字X光机进行诊断的准确性。附图说明图1现有数字X光机结构框图。图2为本专利技术数字X光机的医学图像处理装置优选实施例结构示意图；图3为本专利技术数字X光机的医学图像处理系统优选实施例结构示意图；图4为本专利技术的医学图像处理流程示意图；图5为本专利技术数字X光机的医学图像处理方法优选实施例流程示意图；图6为本专利技术实施例kalman滤波预估－校正状态变化结构图；图7为本专利技术实施例kalman滤波离散-时间线性系统的状态方程和输出方程的矢量结构图；图8为本专利技术实施例kalman滤波观测模型的矢量结构图；图9本专利技术实施例kalman滤波流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术提供一种数字X光机的医学图像处理装置100，优选的实施结构示意图如图2所示，包括：X射线发射单元00，用于发射X射线；感光单元10，用于将穿越人体后的X射线转换成电信号，包括CCD图像传感器11，中央处理单元20，用于控制原始图像采集，存储和预处理原始图像，包括处理器21和与其连的第一存储器22、第二存储器23和图像预处理单元24；所述处理器21控制CCD图像传感器11采集原始图像，将采集后的原始图像缓存于第一存储器22中，所述图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字X光机的医学图像处理装置，其特征在于，包括：X射线发射单元（00），用于发射X射线；感光单元（10），用于将穿越人体后的X射线转换成电信号，包括CCD图像传感器（11）；中央处理单元（20），用于控制原始图像采集，存储和预处理原始图像；所述中央处理单元（20）包括处理器（21）和与其连的第一存储器（22）、第二存储器（23）和图像预处理单元（24）；所述处理器（21）控制CCD图像传感器（11）采集原始图像，将采集后的原始图像缓存于第一存储器（22）中，所述图像预处理单元（24）对原始图像进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理，经预处理后的图像数据缓存于第二存储器（23）中；数据传输单元（30），用于传输第二存储器（23）中的经预处理完成后的图像数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字X光机的医学图像处理装置，包括：X射线发射单元(00)，用于发射X射线；感光单元(10)，用于将穿越人体后的X射线转换成电信号，包括CCD图像传感器(11)；中央处理单元(20)，用于控制原始图像采集，存储和预处理原始图像；其特征在于：所述中央处理单元(20)包括处理器(21)和与其连的第一存储器(22)、第二存储器(23)和图像预处理单元(24)；所述处理器(21)控制CCD图像传感器(11)采集原始图像，将采集后的原始图像缓存于第一存储器(22)中，所述图像预处理单元(24)对原始图像进行预处理，包括对原始图像进行压缩处理、降噪处理、有效灰度选择处理，经预处理后的图像数据缓存于第二存储器(23)中；所述降噪处理采用Kalman滤波降噪方法，采用反馈控制方法估计过程状态；卡尔曼滤波分为两个部分：时间更新方程和测量更新方程；时间更新方程负责及时向前推算当前状态变量和误差协方差估计的值，以便为下一个时间状态构造先验估计；测量更新方程负责反馈，即它将先验估计和新的测量变量结合以构造改进的后验估计；所述改进的后验估计为最优线性滤波估计是由下面的递归矩阵公式决定的，即初始条件z(k+1)＝H(k+1)x(k+1)+v(k+1)为观测方程，H(k+1)为状态转移矩阵和v(k+1)为观测误差，x(k+1)＝Φ(k+1,k)x(k)+Γ(k+1,k)w(k),k＝0,1,…为图像信号激励，K(k+1)称为卡尔曼增益，表达式为K(k+1)＝P(k+1|k)HT(k+1)×[H(k+1)P(k+1|k)HT(k+1)+R(k+1)]-1,k＝0,1,…R(k+1)为tk时刻的协方差矩阵，P(k+1|k)表示单步预测误差协方差矩阵，P(k+1|k)＝Φ(k+1,k)P(k|k)ΦT(k+1,k)+Γ(k+1,k)QkΓT(k+1,k)初始条件P(0|0)＝P0，k＝0,1…Φ(k+1,k)为状态转移矩阵，Γ(k+1,k)为激励转移矩阵，Qk为tk时刻的协方差矩阵；P0是一个n×n维矩阵，称为t0时刻的初始条件或初始单步预测误差协方差矩阵；所述有效灰度选择包括采用图像二值化处理和阈值处理；所述图像二值化包括设定某一阈值T，用T将图像的数据分成两大部分：大于T的像素群和小于T的像素群；所述阈值处理包括先由用户指定或通过算法生成一个阈值，如果图像中某像素的灰度值小于该阈值，则将该像素的灰度值设置为0或255，否则灰度值设置为255或0；所述阈值T采用计算均方差或者计算类分离指标方法确定；数据传输单元(30)，用于传输第二存储器(23)中的经预处理完成后的图像数据。2.根据权利要求1所述基于数字X光机的医学图像处理装置，其特征在于，所述处理器(21)采用ARM7系列处理器、ARM9系列处理器、ARM11系列处理器或Cortex处理器的任意一种；所述第一存储器(22)和第二存储器(23)采用SDRAM存储器或FLASH存储器的任意一种；所述数据传输单元(30)为无线数据传输模块(31)或/和千兆网卡传输模块(32)，所述无线数据传输模块(31)或/和千兆网卡传输模块(32)与处理器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李章勇，刘圣蓉，刘杰，张荔芳，王伟，赵志强，赵德春，庞宇，王浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：