FR2766044A1 - Procede de traitement d'une sequence d'images radiologiques d'un objet - Google Patents
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Abstract
On estime le flou d'une image radiologique par quatre passes unilatérales implémentant récursivement une même fonction exponentielle et on soustrait à l'image courante (IMk ) le flou estimé (Idk-1 ) pour l'image précédente (IMk-1 ).
Description
Procédé de traitement d'une séquence d'images radiologiques d'un objet.
L'invention concerne le traitement d'une séquence d'images
radiologiques d'un objet.
Après illumination d'un objet, par exemple une partie du corps d'un patient, par un rayonnement X, on obtient une image radiologique de l'objet. En pratique, l'illumination de l'objet donne lieu, pour l'obtention de l'image radiologique correspondante, à un rayonnement direct et à un rayonnement diffusé par l'objet lui-même. Or, ce rayonnement diffusé conduit à l'adjonction d'un flou sur l'image radiologique obtenue, ce qui rend alors plus difficile la perception sur l'image radiologique acquise, des éléments d'intérêt, par exemple des parties spécifiques du corps
humain destinées à être examinées.
D'une façon générale, dans un traitement d'une séquence d'images radiologiques d'un objet, après avoir acquis l'image brute, on en
estime le rayonnement diffusé ou "flou", que l'on soustrait, au moins par-
tiellement, à l'image totale.
Plusieurs solutions ont été jusqu'à présent proposées pour esti-
mer le rayonnement diffusé d'une image radiologique.
Une solution peut consister à mesurer le rayonnement diffusé à différents endroits de l'image en occultant le rayonnement primaire, par
exemple par un ou plusieurs disques, et en effectuant ensuite une interpo-
lation de cette mesure sur l'image totale. Un inconvénient de cette solution
réside dans la perte d'une partie utile des informations en raison de la pré-
sence de "trous" dans l'image provoqués par les disques d'occultation.
Une autre solution consiste à acquérir deux images du patient en utilisant des grilles antidiffusantes différentes, puis en reconstruisant l'image exempte du rayonnement diffusé à partir de ces deux images acquises. Cependant, une telle solution présente l'inconvénient de faire l'acquisition d'une image supplémentaire, ce qui augmente le temps d'exposition du patient aux rayonnements X. Toutes ces solutions mettent donc en oeuvre des moyens physi-
ques supplémentaires plus ou moins complexes et coûteux.
Une autre solution consiste à estimer le niveau du rayonnement diffusé à partir des paramètres de l'acquisition, notamment en tenant compte des dimensions de l'objet. Cependant, une telle solution ne permet
pas de tenir compte du contenu interne de l'objet.
On a alors proposé des méthodes théoriques d'estimation du rayonnement diffusé à partir de l'image acquise sans utiliser de moyens physiques supplémentaires. D'après cette théorie, le rayonnement diffusé est proportionnel à une convolution moyenne pondérée par une fonction mathématique exponentielle bidimensionnelle (noyau) effectuée sur une fenêtre glissante. En d'autres termes, le rayonnement diffusé est estimé à partir d'un filtre passe-bas de l'image dont la réponse impulsionnelle idéale doit présenter une symétrie de rotation, une forme exponentielle
décroissante et avoir une largeur à mi-hauteur paramétrable.
Néanmoins, l'implémentation de cette théorie conduit à une complexité importante de l'algorithme correspondant, ainsi qu'à des temps de calcul importants. En outre, l'implémentation de cette fonction exponentielle large implique, pour chaque pixel de l'image, en particulier
pour le premier pixel, d'acquérir tous les pixels de l'image avant de pou-
voir effectuer le traitement. Il en résulte donc une latence du traitement dont la durée peut atteindre 30 ms. Or, généralement, la durée séparant l'acquisition de deux images consécutives est de l'ordre de 33 ms. Et outre la latence occasionnée par le traitement, les autres phases du traitement, à savoir l'acquisition et l'affichage notamment, induisent par eux-mêmes
des latences de durée non négligeable, par exemple 25 ms pour l'acquisi-
tion. En conséquence, outre les problèmes de complexité d'algorithme et de temps de calcul, une implémentation d'un tel filtre passe-bas peut conduire à des temps de latence totale de 100 ms, ce qui peut s'avérer gênant pour l'examen des images, notamment lorsqu'un cathéter présent
dans le corps du patient, bouge.
L'invention vise à apporter une solution à ces problèmes.
Un but de l'invention est d'estimer le rayonnement diffusé à par-
tir de l'image acquise sans utilisation de moyens physiques supplémentai-
res et de proposer une implémentation très simple de l'estimation du rayonnement diffusé à partir d'une convolution moyenne pondérée par une fonction exponentielle décroissante à symétrie de rotation, effectuée sur
une fenêtre glissante.
Selon l'invention, cette implémentation réduit fortement le temps de calcul et l'algorithme mis en oeuvre, et minimise la durée de latence du traitement, ce qui le rend compatible avec une cadence typique
d'acquisition d'images radiologiques.
L'invention propose donc un procédé de traitement d'une
séquence d'images radiologiques d'un objet, comprenant une étape d'esti-
mation pour chaque image courante du rayonnement diffusé par l'objet et
une étape de correction d'image dans laquelle on élimine au moins partiel-
lement de l'image courante un rayonnement diffusé estimé.
Selon une caractéristique générale de l'invention, dans l'étape de
correction d'image, le rayonnement diffusé estimé et au moins partielle-
ment éliminé de l'image courante est le rayonnement diffusé estimé pour l'image précédente. En combinaison avec cette caractéristique, l'étape d'estimation prévoit la définition pour chaque ligne de l'image courante d'un premier sens de balayage-ligne des pixels (par exemple de gauche à droite) et d'un deuxième sens de balayage-ligne opposé au premier (par exemple de droite à gauche), et pour chaque colonne de l'image courante uih premier sens de balayage-colonne des pixels (par exemple de haut en bas) et un deuxième sens de balayage-colonne opposé au premier (par exemple de bas en haut). On définit par ailleurs une loi récursive élaborant pour un pixel considéré une intensité dite calculée, cette intensité calculée étant obtenue en modulant l'intensité calculée du pixel précédent compte tenu du sens de balayage considéré, par un coefficient inférieur à 1, et en ajoutant à cette intensité modulée une intensité dite initiale, dudit pixel considéré, intensité initiale modulée par le complément à 1 dudit coeficient. Avantageusement, lors de la première application de ladite loi récursive selon l'un des sens de balayage, par exemple dans le sens de gauche à droite, pour une ligne, ladite intensité initiale du pixel courant est l'intensité du pixel dans l'image courante acquise, tandis que pour les
applications suivantes, l'intensité initiale du pixel courant est celle obte-
nue à partir des applications précédentes de ladite loi récursive.
Selon l'invention, dans l'étape d'estimation, on applique succes- sivement quatre fois à chaque pixel courant de l'image courante ladite loi récursive en considérant respectivement les deux sens de balayage- ligne et les deux sens de balayage-colonne. L'intensité calculée pour ledit pixel
courant après les quatre applications de la loi récursive est alors représen-
tative de la valeur du rayonnement diffusé pour ce pixel.
On améliore ainsi la qualité des images tout en augmentant la vitesse de traitement des images et en minimisant la durée de latence du traitement. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, on applique pour chaque ligne courante de l'image courante une première fois ladite loi selon le premier sens de balayage-ligne (par exemple de gauche à droite) et ce pour tous les pixels de la ligne, puis on applique sur ladite ligne courante une deuxième fois ladite loi selon le deuxième sens de balayage-ligne et ce pour tous les pixels de la ligne (c'est-à- dire en sens inverse en partant du dernier pixel de la ligne) puis, lorsque tous les pixels de ladite ligne courante ont été considérés selon lesdits premier et deuxième sens de balayage-ligne, on applique une troisième fois ladite loi récursive pour chaque pixel courant de la ligne courante en utilisant ce pixel courant et le pixel situé dans la même colonne et précédant ce pixel courant compte-tenu du premier sens de balayage-colonne. Ainsi, par exemple, on utilisera pour cette troisième application le pixel courant et le pixel situé au-dessus de ce pixel courant dans la même colonne, en prenant un sens de balayage- colonne de haut en bas. Lorsque ces trois applications de ladite loi ont été effectuées pour toutes les lignes de l'image courante, on applique une quatrième fois ladite loi pour tous les pixels de chaque
colonne courante de l'image selon le deuxième sens de balayage-colonne.
En d'autres termes, si le deuxième sens de balayage-colonne est
le sens de bas en haut, on remonte alors toutes les colonnes de l'image.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaiî-
tront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre,
nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels
la figure 1 illustre de façon schématique l'estimation du rayon-
nement diffusé d'une image courante, et la figure 2 illustre de façon schématique la correction de l'image acquise à partir du rayonnement diffusé estimé. Sur la figure 1, la référence IMk désigne une image courante de la séquence d'images radiologiques acquise. D'une façon classique, chaque image radiologique est obtenue après illumination d'un objet par un rayonnement X. Un détecteur classique de rayons X, comportant par exemple une caméra vidéo, est placé derrière l'objet. Les images acquises
sont ensuite numérisées et transmises à une unité de traitement architectu-
rée autour d'un microprocesseur au sein duquel les différents traitements
selon l'invention seront effectués de façon logicielle.
Chaque image IMk comporte une pluralité de pixels répartis sur des lignes Lo à Lr et sur des colonnes CO à Cq. En pratique, une image peut
comporter 512 lignes et 512 colonnes.
D'une façon générale, selon l'invention, on implémente récursi-
vement la fonction exponentielle décroissante de convolution en la sépa-
rant en quatre fonctions exponentielles identiques EX 1, EX2, EX3 et EX4 appliquées séquentiellement. On définit par ailleurs pour chacune des
fonctions exponentielles simples EXi, un sens de balayage des pixels.
Plus précisément, on implémentera récursivement la fonction exponen-
tielle EX1 en balayant tous les pixels d'une ligne courante Li selon un pre-
mier sens de balayage-ligne SD1, ici le sens de gauche à droite. De même, on implémentera récursivement la fonction exponentielle simplb EX2 homologue de la fonction EX1 pour tous les pixels de la ligne Li en
balayant ceux-ci dans un deuxième sens de balayage-SD2, opposé au pre-
mier. En ce qui concerne les colonnes, on implémentera récursivement les fonctions exponentielles EX3 et EX4 en balayant les pixels de chaque
colonne courante Cj dans les sens de balayage-colonne SD3 et SD4 respec-
tivement (ici de haut en bas et de bas en haut).
D'une façon générale, chaque fonction exponentielle est implé-
mentée dans le processeur de façon récursive par la formule suivante: b (n+l) = (c b (n) + (1-o() a (n+l) dans laquelle: b (n+ 1) désigne une intensité calculée pour un pixel de rang n+ 1, balayé dans un sens de balayage considéré, b (n) désigne l'intensité calculée du pixel de rang n précédant le pixel de rang n+1 compte tenu du sens de balayage considéré, a (n+l1) désigne une intensité dite initiale du pixel de rang n+l, dont on reviendra plus en détail ci-après sur la signification,
et (cx désigne un coefficient de pondération inférieur à 1, typique-
ment de l'ordre de 0,9.
En outre, la condition initiale de cette loi récursive est b (0) = 0.
On va maintenant décrire plus en détail un mode de mise en oeu-
vre particulier de l'invention appliquant pour chaque pixel quatre fois
cette loi récursive.
On suppose à cet égard qu'on balaie tout d'abord tous les pixels P
de la ligne courante Li selon le premier sens de balayage-ligne SD 1, c'est-
à-dire de gauche à droite en partant du pixel Pio jusqu'au pixel Pi,q.
La loi récursive appliquée est alors définie par la formule sui-
vante: Yi,j+l = (X Yij + (1-a) xij+1l dans laquelle Yij+l est l'intensité calculée du pixel Pij+l, Yij est l'intensité calculée du pixel précédent Pij, xij+1 est l'intensité initiale du pixel Pij+l, c'est-à-dire l'intensité
effective de ce pixel dans l'image courante IMk acquise.
La condition initiale de cette loi est alors yi,o = 0 Lorsque tous les pixels de cette ligne ont été balayés dans le sens SD1, on implémente récursivement la fonction exponentielle EX2 en balayant les pixels de la ligne Li dans le sens SD2, c'est-à-dire ici de droite
à gauche en partant du pixel Pik qui devient alors le premier pixel.
L'implémentation de cette fonction exponentielle EX2 s'effec-
tue selon la loi récursive suivante: zij = zij+l + (1-) Yj dans laquelle: zij est l'intensité calculée du pixel Pij,
zij+1 est l'intensité calculée du pixel Pij+l qui est ici le pixel pré-
cédent compte tenu du sens de balayage SD2.
La condition initiale est ziq = 0.
Lorsque tous les pixels de la ligne courante Li ont été considérés dans les deux sens de balayage SD1 et SD2, on applique une troisième fois la loi récursive générale pour chaque pixel courant Pij de la ligne courante en utilisant ce pixel courant Pij et le pixel précédent Pi_1,j compte tenu du
sens de balayage SD3 de haut en bas de la colonne courante Cj.
Ainsi, la fonction exponentielle EX3 est implémentée de façon récursive selon la formule suivante vi+lj = a Vij + (l-c0) Zi+l,j dans laquelle vi+,j est l'intensité calculée du pixel Pi+,j et vij est l'intensité
calculée du pixel précédent Pii' compte tenu du sens de déplacement SD3.
La condition initiale est ici v0j = 0.
Enfin, lorsque les trois applications de la loi récursive ont été
effectuées pour toutes les lignes de l'image courante, on applique une qua-
trième fois ladite loi récursive pour tous les pixels de chaque colonne cou-
rante Cj de l'image selon le deuxième sens de balayage-colonne SD4.
La fonction exponentielle EX4 est alors implémentée dé façon récursive par la loi suivante: wij = ac i+lj + (1-c) vij dans laquelle: wij désigne l'intensité calculée du pixel Pij wi+l j désigne l'intensité du pixel Pi+1,j qui est le pixel précédent compte tenu du sens de balayage SD4,
avec comme condition initiale wrj = 0.
Ainsi, la valeur wij est représentative de l'intensité du rayonne-
ment diffusé pour le pixel Pij.
Bien entendu, au cours du traitement, les différentes valeurs de
y, z et v sont stockées dans une mémoire du processeur.
L'homme du métier remarque que l'invention implémente la
fonction de convolution exponentielle à partir de quatre passes unilatéra-
les nécessitant seulement trois opérations par pixel et par passe. En outre, la seule passe unilatérale nécessitant l'acquisition de
l'image complète est la quatrième. Les autres passes peuvent être effec-
tuées sans attendre l'acquisition de l'image complète. En conséquence, en combinaison avec le temps de calcul particulièrement court nécessité par l'implémentation de la loi récursive selon l'invention, l'invention permet d'obtenir une durée de traitement, latence comprise, de l'ordre de 3 ms en utilisant un microprocesseur à 100 MHz de la famille C80 de la Société
TEXAS INSTRUMENT.
Compte tenu du fait que la durée d'acquisition d'une image est de
l'ordre de 25 ms, cette durée de traitement de 3 ms est largement compa-
tible avec les 8 ms restants avant l'acquisition de l'image suivante dans la séquence. Par ailleurs, en combinaison avec un tel traitement d'estimation du flou de l'image courante, l'invention prévoit (figure 2) de soustraire à l'image courante acquise Ik l'image Idk_1 correspondant au rayonnement
diffusé estimé pour l'image précédente IMk_1 de la séquence.
En d'autres termes, l'invention soustrait de l'image courante le flou estimé pour l'image précédente au lieu de soustraire le flou estimé
pour cette image courante.
En effet, il a été observé que les comportements basse fréquence de deux images adjacentes de la séquence ne diffèrent pas sensiblement l'un de l'autre. En d'autres termes, le flou d'une image diffère en pratique
peu du flou de l'image précédente.
En ce qui concerne la première image de la séquence d'images,
on n'estimera pas pour celle-ci de flou, et l'on débutera l'étape de correc-
tion des images à partir de la deuxième.
L'invention n'introduit donc ici aucune latence supplémentaire et permet d'obtenir en temps réel, pour chaque image courante IMk
acquise, l'image corrigée Ick qui sera visualisée.
On a représenté à des fins de simplification sur la figure 2 un soustracteur illustrant l'élimination du flou d'une image. Ceci étant, cette
élimination peut être totale voire partielle, de façon à éventuellement lais-
ser volontairement un fond d'image permettant de mieux mettre en relief les éléments d'intérêt de ladite image. On peut également prévoir, pour cette étape d'élimination, d'autres opérations mathématiques telles que
des divisions.
Claims (3)
1. Procédé de traitement d'une séquence d'images radiologiques d'un objet, comprenant une étape d'estimation pour chaque image courante du rayonnement diffusé par l'objet et une étape de correction d'image dans laquelle on élimine au moins partiellement de l'image courante un rayonnement diffusé estimé, caractérisé par le fait que dans l'étape de correction d'image le rayonnement diffusé estimé et au moins partiellement éliminé de l'image courante (IMk) est le rayonnement diffusé (Idkl) estimé pour l'image précédente (IMkl), et par le fait que dans l'étape d'estimation, on définit pour chaque ligne de l'image courante (Li) un premier sens de balayage-ligne (SD1) des pixels et un deuxième sens de balayage-ligne (SD2) opposé au premier, et pour chaque colonne de l'image courante un premier sens de balayage-colonne (SD3) des pixels et un deuxième sens de balayage-colonne (SD4) opposé au premier, on définit une loi récursive élaborant pour un pixel considéré (P) une intensité calculée (y, z, v, w) obtenue en modulant l'intensité calculée du pixel précédant compte tenu du sens de balayage considéré, par un coefficient (oc) inférieur à un, et en ajoutant à cette intensité modulée une intensité initiale (x, y, z, v) dudit pixel considéré modulée par le complément à 1 dudit coefficient (1-c(), et on applique successivement quatre fois à chaque pixel courant de l'image courante ladite loi récursive en considérant respectivement les deux sens de balayage-ligne et les deux sens de balayage-colonne, l'intensité calculée (w) pour ledit pixel courant après les quatre applications de ladite loi récursive étant représentative de la valeur du rayonnement diffusé pour ce pixel, de façon à améliorer la qualité des images tout en augmentant la vitesse de traitement des images
et en minimisant la durée de latence du traitement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lors de la première application de ladite loi récursive selon l'un des sens de balayage, ladite intensité initiale (x) du pixel courant (P) est l'intensité du pixel dans l'image courante, tandis que pour les applications suivantes, l'intensité initiale du pixel courant est celle obtenue à partir des
apllications précédentes de ladite loi récursive.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait ii qu'on applique pour chaque ligne courante (Li) de l'image courante une première fois ladite loi selon le premier sens de balayage-ligne (SD1) et pour tous les pixels de la ligne, puis on applique sur ladite ligne courante (Li) une deuxième fois ladite loi selon le deuxième sens de balayage-ligne (SD 1) et pour tous les pixels de la ligne, puis lorsque que tous les pixels de ladite ligne courante ont été considérés selon lesdits premier et deuxième sens de balayage-ligne, on applique une troisième fois ladite loi pour chaque pixel courant de ladite ligne courante en utilisant ce pixel courant et le pixel situé dans la même colonne (Cj) et précédant ce pixel courant compte tenu du premier sens de balayage-colonne (SD3), et lorsque ces trois applications de ladite loi ont été effectuées pour toutes les lignes de l'image courante, on applique une quatrième fois ladite loi pour tous les pixels de chaque colonne courante (Cj)de l'image selon le deuxième sens
de balayage-colonne (SD4).
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