Corrección de ruido patrón para pseudoproyecciones.

Un sistema para corregir imágenes de proyección con ruido patrón que comprende:

un medio para adquirir un conjunto de imágenes de proyección (22A), donde cada una del conjunto de imágenes de proyección (22A) es adquirida a un ángulo de visión diferente;

un medio (104) para umbralizar cada proyección para producir un conjunto de imágenes umbral (22A), donde el medio de umbralización (104) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes de proyección (22A);

un medio (110) para sumar el conjunto de imágenes umbral (22A) para formar una imagen de conjunto (114), donde el medio de suma (110) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes umbral (22A);

un medio (108) para procesar cada una del conjunto de imágenes umbral (22A) para producir un conjunto de imágenes binarias, donde el medio de procesamiento binario (108) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes umbral (22A);

un medio (112) para sumar el conjunto de imágenes binarias para formar una máscara de conjunto (116), donde el medio de suma (112) está acoplado para recibir la máscara de conjunto;

un medio para dividir la imagen de conjunto (114) por medio de la máscara de conjunto (116) para dar una imagen con ruido patrón de fondo (118), donde el medio de división está acoplado para recibir la imagen de conjunto (114) y la máscara de conjunto (116);

un medio (120) para multiplicar cada imagen de proyección por un factor de escala y dividirla por el ruido patrón de fondo (118) para producir una imagen de cociente, donde el medio de multiplicación (120) está acoplado para recibir cada imagen de proyección y el ruido patrón de fondo (118); y

un medio (122), acoplado para recibir la imagen de cociente, para filtrar la imagen de cociente para producir una imagen de proyección con ruido corregido (124).

Corrección de ruido patrón para pseudoproyecciones Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al análisis de datos de generación de imágenes médicas y, más particularmente, a la corrección de ruido patrón en un generador de imágenes de células biológicas.

Antecedentes de la invención

Las reconstrucciones tomográficas en 3D requieren imágenes de proyección como entrada. Una imagen de proyección supone que un objeto de interés es translúcido a una fuente de exposición tal como una fuente de luz transmitida a través del objeto de interés. La imagen de proyección, entonces, comprende una integración de la absorción por el objeto a lo largo de un rayo desde la fuente hasta el plano de proyección. La luz en el espectro visible se usa como fuente de exposición en tomografía por proyección óptica.

En el caso de la producción de proyecciones de células biológicas, las células se tiñen normalmente con hematoxilina, un colorante absorbente que se une a proteínas que se encuentran en los cromosomas celulares. Los núcleos celulares tienen aproximadamente 15 micrómetros de diámetro y, para promover las reconstrucciones de elementos subcelulares, es necesario mantener una resolución submicrométrica. Para resolución submicrométrica, la longitud de onda de la fuente de iluminación está en el mismo rango espacial que los objetos biológicos de interés. Esto puede dar como resultado efectos de refracción indeseables. Como resultado, no puede formarse una imagen de proyección convencional. Para evitar estos efectos indeseables, tal como se ha indicado anteriormente, la apertura de cámara se mantiene abierta mientras el plano de enfoque es barrido a través de la célula. Este enfoque para generar imágenes da como resultado un muestreo igual de todo el volumen celular, dando como resultado una imagen de pseudoproyección. Un buen ejemplo de un sistema de tomografía óptica se ha publicado como la publicación de solicitud de patente estadounidense 24-76319 y titulada "Method and Apparatus of Shadowgram Formation for Optical Tomography".

El documento Johnathon R Walls et al., "Correction of artefacts in optical projection tomography", Physics in Medicine and Biology, IOP Publishing, vol. 5, no. 19, octubre de 25, revisa diversas fuentes de artefactos en imágenes de TC óptica y propone una técnica de sustracción de fondo para corrección.

El documento Darrell A et al., "Noise reduction in fluorescence Optical Projection Tomography", IEEE International Workshop in Imaging Systems and Techniques, septiembre de 1-12, 28, modela el ruido observado en proyecciones de TC óptica como un modelo Gaussiano de media cero dependiente de la intensidad. Se propone el promediado de imágenes para reducir el ruido.

Ruido patrón

El ruido patrón representa un tipo de distorsión que es fija y está presente al mismo grado para todas las imágenes de pseudoproyección adquiridas en cualquier sistema de tomografía óptica. La fuente de esta distorsión es cualquier componente en la trayectoria óptica desde la iluminación hasta la formación de la imagen que hace que la luz se desvíe de su trayectoria ideal de una manera que es coherente de proyección a proyección. El ruido patrón no surge a partir de la célula o cualesquiera componentes en la TC celular que estén en movimiento durante la recopilación de las imágenes de pseudoproyección.

Con referencia, por ejemplo, a la figura 2, se muestra una imagen de pseudoproyección típica que muestra algunas causas de ruido patrón. Éstas incluyen polvo y variaciones de iluminación. También se muestran en la figura 2 dos células C1, C2 embebidas en un gel óptico. En un sistema que emplea una cámara CCD para adquirir pseudoproyecciones o similares, las fuentes de ruido patrón incluyen:

1. Iluminación no constante,

2. Polvo en una cámara CCD,

3. No uniformidad en la respuesta de la cámara CCD, y

4. Distorsiones en la iluminación que surgen como consecuencia de suciedad/residuos en las superficies reflectantes encontradas en la trayectoria óptica.

Con referencia ahora a la figura 2A, se muestra una parte seleccionada 4 de la imagen de pseudoproyección que ha sido mejorada como sección 4A para ilustrar mejor visualmente algunos sutiles efectos del ruido patrón. La sección 4A muestra más sutil distorsión que resulta de la suciedad y los residuos en las superficies reflectantes en la trayectoria óptica. Esta distorsión se ejemplifica tomando un segmento de la pseudoproyección y expandiéndola para llenar todo el rango dinámico de escala de grises espacial. Nótese la distorsión moteada en el fondo 44.

Distorsiones que surgen del ruido patrón

Usando un sistema de tomografía óptica tal como se describe en Fauver, se forman imágenes de pseudoproyección a medida que se hace girar a un objeto, tal como una célula. Las imágenes de pseudoproyección formadas se retroproyectan e intersecan para formar una imagen en 3D de la célula. El ruido patrón en las pseudoproyecciones también se interseca y da como resultado un ruido que es acumulativo para la reconstrucción del objeto de interés. Aunque el ruido en cada pseudoproyección puede ser bastante pequeño, en la reconstrucción resultante este ruido puede ser bastante grande dado que la modelización puede reforzarlo de manera constructiva a través de múltiples pseudoproyecciones.

Con referencia ahora a la figura 3, se muestra una diapositiva reconstruida que ha sido mejorada para mostrar el efecto del ruido patrón sobre una imagen reconstruida. El patrón en remolino 3 en el fondo es una manifestación obvia del ruido patrón.

Desafortunadamente, las técnicas conocidas previamente para filtrado espacial no corrigen adecuadamente las imágenes dado que no abordan eficazmente las causas del ruido patrón. El filtrado espacial no corrige adecuadamente las variaciones de iluminación de baja frecuencia. Además, el filtrado espacial no elimina adecuadamente distorsiones de impulso, que surgen del polvo. Es más, la frecuencia espacial del ruido patrón en forma de moteado está en el mismo rango que otros elementos cuya reconstrucción en 3D se desea. En consecuencia, es necesario un enfoque diferente para la eliminación del ruido patrón.

La presente invención descrita en el presente documento proporciona, por primera vez, un sistema y método nuevos y novedosos para eliminar los efectos perjudiciales del ruido patrón en generadores de imágenes médicos.

Sumario

Este sumario se proporciona para presentar una selección de conceptos de forma simplificada que se describen adicionalmente a continuación en la Descripción detallada. Este resumen no pretende identificar elementos clave del asunto reivindicado, ni pretende ser usado como ayuda para determinar el alcance del asunto reivindicado.

Un sistema y método para corregir imágenes de proyección con ruido patrón incluye adquirir un conjunto de imágenes de proyección con un sistema de tomografía óptica que incluye un procesador, donde cada una del conjunto de imágenes de proyección es adquirida a un ángulo de visión diferente. Se aplica un umbral a cada imagen de proyección para producir un conjunto de imágenes umbral. Cada imagen umbral puede, opcionalmente, dilatarse para producir un conjunto de imágenes dilatadas. El conjunto de imágenes umbral (o imágenes dilatadas) se suman para formar una imagen de conjunto. Cada una de las imágenes umbral (o imágenes dilatadas) es procesada para producir un conjunto de imágenes binarias. El conjunto de imágenes binarias se suman para formar una máscara de conjunto. La imagen de conjunto se divide por la máscara de conjunto para dar una imagen con ruido patrón de fondo. Cada imagen de proyección se multiplica por un factor de escala y se divide por el ruido patrón de fondo para producir una imagen de cociente que se filtra para producir una imagen de proyección con ruido corregido.

Breve descripción de los dibujos

Aunque los elementos novedosos de la invención se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas, la invención, tanto en cuanto a organización como a contenido, se entenderá y apreciará mejor, junto con otros objetos y elementos de la misma, a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos, en los que:

La figura 1 es una vista muy esquemática de un sistema de tomografía por proyección óptica que incluye un procesador de corrección de ruido patrón.

La figura 2 muestra una imagen de pseudoproyección típica con ruido patrón.

La figura 2A muestra una parte seleccionada de la imagen de pseudoproyección de la figura 2 que ha sido mejorada para ilustrar mejor visualmente... [Seguir leyendo]

1. Un sistema para corregir imágenes de proyección con ruido patrón que comprende:

un medio para adquirir un conjunto de imágenes de proyección (22A), donde cada una del conjunto de imágenes de proyección (22A) es adquirida a un ángulo de visión diferente;

un medio (14) para umbralizar cada proyección para producir un conjunto de imágenes umbral (22A), donde el medio de umbralización (14) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes de proyección (22A); un medio (11) para sumar el conjunto de imágenes umbral (22A) para formar una imagen de conjunto (114), donde el medio de suma (11) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes umbral (22A); un medio (18) para procesar cada una del conjunto de imágenes umbral (22A) para producir un conjunto de imágenes binarias, donde el medio de procesamiento binario (18) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes umbral (22A);

un medio (112) para sumar el conjunto de imágenes binarias para formar una máscara de conjunto (116), donde el medio de suma (112) está acoplado para recibir la máscara de conjunto;

un medio para dividir la imagen de conjunto (114) por medio de la máscara de conjunto (116) para dar una imagen con ruido patrón de fondo (118), donde el medio de división está acoplado para recibir la imagen de conjunto (114) y la máscara de conjunto (116);

un medio (12) para multiplicar cada imagen de proyección por un factor de escala y dividirla por el ruido patrón de fondo (118) para producir una imagen de cociente, donde el medio de multiplicación (12) está acoplado para recibir cada imagen de proyección y el ruido patrón de fondo (118); y

un medio (122), acoplado para recibir la imagen de cociente, para filtrar la imagen de cociente para producir una imagen de proyección con ruido corregido (124).

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el medio para umbralizar comprende:

un medio para generar un histograma, donde el histograma combina un fondo y datos del objeto, y donde el histograma se caracteriza por un modo (Modo) y un máximo (Máx); y

un medio (12) para estimar una varianza en el fondo determinando la diferencia entre el máximo y el modo.

3. El sistema de la reivindicación 2, en el que el medio para umbralizar comprende además:

un primer medio de estimación para separar los datos del objeto del fondo de acuerdo con la fórmula: Umbr. = ,9 (2 * Modo - Max), donde Umbr., es un umbral estimado inicial (12) aplicado a la imagen.

4. El sistema de la reivindicación 3, en el que el medio para umbralizar comprende además:

un medio para determinar el área total por debajo de un umbral estimado; y

un medio para ajustar de forma iterativa el umbral estimado hasta que el área total por debajo del umbral estimado está dentro del 1 % del área para cada umbral estimado previo.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que el medio para umbralizar (14) comprende un medio para aplicar un umbral basado en la intensidad de píxel.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprende imágenes de proyección formadas por la luz que pasa a través de un objeto de interés.

7. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un medio para dilatar cada imagen umbral para producir un conjunto de imágenes dilatadas, donde el medio de dilatación (16) está acoplado para recibir el conjunto de imágenes umbral y las imágenes dilatadas se hacen pasar al medio para procesar, para producir el conjunto de imágenes binarias.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprende pseudoproyecciones.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el medio para adquirir el conjunto de imágenes de proyección comprende un sistema de tomografía por proyección óptica.

1. El sistema de la reivindicación 9, en el que el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprende imágenes de pseudoproyección.

11. El sistema de la reivindicación 6, en el que el objeto de interés comprende una célula biológica (15) o una célula biológica (15) que tiene un núcleo.

12. Un método para corregir imágenes de proyección con ruido patrón, comprendiendo el método las etapas para:

adquirir un conjunto de imágenes de proyección (22A) con un sistema de tomografía óptica que incluye un procesador, donde cada una del conjunto de imágenes de proyección (22A) es adquirida a un ángulo de visión diferente;

umbralizar (14) cada una del conjunto de imágenes de proyección (22A) accionando el procesador para producir un conjunto de imágenes umbral;

sumar (11) el conjunto de imágenes umbral accionando el procesador para formar una imagen de conjunto (114);

procesar (18) cada una del conjunto de imágenes umbral accionando el procesador para producir un conjunto de imágenes binarias;

sumar (112) el conjunto de imágenes binarias accionando el procesador para formar una máscara de conjunto (116);

dividir la imagen de conjunto (114) por la máscara de conjunto (116) accionando el procesador para dar una imagen con ruido patrón de fondo (118);

multiplicar (12) cada imagen de proyección por un factor de escala y dividir por el ruido patrón de fondo accionando el procesador para producir una imagen de cociente; y

filtrar (122) la imagen de cociente accionando el procesador para producir una imagen de proyección con ruido corregido (124).

13. El método de la reivindicación 12, que comprende además la etapa de dilatar (16) cada imagen umbral accionando el procesador para producir un conjunto de imágenes dilatadas para pasar a la etapa de procesamiento, para producir el conjunto de imágenes binarias.

14. El método de la reivindicación 12, en el que el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprenden imágenes de pseudoproyección.

15. El método de la reivindicación 12, en el que adquirir el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprende accionar un sistema de tomografía por proyección óptica para adquirir imágenes de pseudoproyección.

16. El método de la reivindicación 12, en el que el conjunto de imágenes de proyección (22A) comprende imágenes de proyección formadas por la luz que pasa a través de un objeto de interés.

17. El método de la reivindicación 16, en el que el objeto de interés comprende una célula biológica (15) o una célula biológica (15) que tiene un núcleo.

18. El método de la reivindicación 16, en el que la etapa para umbralizar comprende además:

generar un histograma (11), donde el histograma combina un fondo y datos del objeto, y donde el histograma se caracteriza por un modo (Modo) y un máximo (Máx); y

estimar una varianza en el fondo, determinando la diferencia entre el máximo y el modo.

19. El método de la reivindicación 18, en el que la etapa para umbralizar (14) comprende además separar los datos del objeto del fondo de acuerdo con la fórmula Umbr. = ,9 * (2 * Modo - Máx), donde Umbr., es un umbral estimado inicial (12) que se aplica a la imagen.

2. El método de la reivindicación 19, en el que la etapa para umbralizar (14) comprende además: determinar el área total por debajo de un umbral estimado; y

ajustar de forma iterativa el umbral estimado hasta que el área total de píxeles por debajo del umbral esté dentro del 1 % del área para cada umbral previo.