运动伪影消除装置及其消除运动伪影的方法

摘要

本发明涉及一种运动伪影消除装置，包括：获取模块、判断模块、剔除模块、积分模块以及输出模块，其中，获取模块用于获取图像；判断模块用于根据光子的自相关性以及光强判断图像中是否有伪影；剔除模块用于在图像中有伪影时剔除图像中的伪影数据得到正确数据；积分模块用于根据血流速度选择积分通道对所述正确数据进行积分得到积分数据，其中判断模块还用于判断所述伪影数据是否小于预设值；输出模块用于在所述伪影数据小于预设值时将积分数据进行拼接与重建，输出修正图形。本发明实现了消除伪影的同时保证输出的修正图像的质量，且降低了消除运动伪影的成本。

说明书

技术领域

本发明属于近红外光成像，尤其涉及一种运动伪影消除装置及其消除运 动伪影的方法。

背景技术

近红外光自相关血流探测仪/成像仪（Diffuse Correlation  Spectroscopy/Imager）具备无损探测血红细胞流速的独特优势，在600- 1000nm波段，人体组织对近红外光的吸收和散射主要是通过血红细胞进行 的，如果血红细胞处于静止状态，时间自相关函数g1保持为1，如果血红细 胞有运动，散射光子的相关度就会变差，相关度随时间变化的速率反映了血 红细胞运动的速率。通过对不同位置散射光子自相关函数的计算和数据重 建，可以得出被测组织的血流分布。

目前，近红外光自相关血流探测仪/成像仪利用近红外光对人体血流分布 进行测量，对局域血液循环不畅进行诊断，对大脑功能进行探测。但是目前 的自相关血流探测方法都有一个致命的缺陷：无法消除运动造成的伪影。

为了减少运动伪影，目前只能加强探头和皮肤的接触，一般采用医用硅 胶将单模光纤粘结在被测点，避免过度压迫皮肤造成的对被测区域的血流干 扰。即便如此，测试者不可能保持绝对静止，由于大部分下意识的运动不可 预知，长时间采集数据基本会有运动伪影干扰。如何分辨和改善运动伪影， 是长久以来困扰研究者的问题。

目前的近红外自相关血流探测仪一般都采用内置固定分级自相关计算 器，速度非常快，能够对光子计数的自相关函数进行实时计算，但缺点是不 够灵活，时间窗不能自由调整，也不能进行前期数据判选。由于运动伪影会 把影响带入积分，受污染的数据段远长于伪影持续时间。如果出现部分计数 不正常，整个积分时间段的数据点都要被丢弃。

发明内容

有鉴于此，有必要提供了一种运动伪影消除装置及其消除运动伪影的方 法，减少运动伪影对图像造成的影响。

本发明提供的技术方案为：一种运动伪影消除装置，包括：获取模块、 判断模块、剔除模块、积分模块以及输出模块，其中，获取模块用于获取图 像；判断模块用于根据光子的自相关性以及光强判断图像中是否有伪影；剔 除模块用于在图像中有伪影时剔除图像中的伪影数据得到正确数据；积分模 块用于根据血流速度选择积分通道对所述正确数据进行积分得到积分数据， 其中判断模块还用于判断所述伪影数据是否小于预设值；输出模块用于在所 述伪影数据小于预设值时将积分数据进行拼接与重建，输出修正图形。

本发明的另一技术方案为：一种消除运动伪影的方法，包括：

步骤S1：获取图像；

步骤S2：根据光子的自相关性以及光强判断图像中是否有伪影；

若是，则在步骤S3：剔除图像中的伪影数据得到正确数据；

步骤S4：根据血流速度选择积分通道对所述正确数据进行积分得到积分 数据；

步骤S5：判断所述伪影数据是否小于预设值；

若是，则在步骤S6：将积分数据进行拼接与重建，输出修正图形。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明中的运动伪影消除 装置及其消除运动伪影的方法通过识别图像中的伪影，并剔除伪影数据得到 正确数据，然后对正确数据进行积分、重建以及拼接，得到输出图像，实现 了消除伪影的同时保证输出的修正图像的质量。

图说明

图1是本发明一实施方式中的运动伪影消除装置的模块图；

图2为光纤相对于被测组织的横向运动造成的运动伪影；

图3为光纤平移造成的光子自相关减弱示意图；

图4为光纤相对于被测组织的纵向运动造成的运动伪影。

图5A以及图5B是横向运动伪影造成时间自相关函数g1在1%时间内比对 上一个数据节点有骤然下降曲线图；

图6A以及图6B为存在垂直运动伪影的光强异常曲线对比图；

图7为运动伪影消除装置的结构图；

图8为分级的自相关函数计算示意图；

图9为本发明一实施方式中消除运动伪影方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例 仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一实施方式中的运动伪影消除装置10的模块图

在本实施方式中，运动伪影消除装置10包括：获取模块102、判断模块 104、剔除模块106、积分模块108、输出模块110、存储器112以及处理器 114，其中，存储器112用于存储获取模块102、判断模块104、剔除模块 106、积分模块108以及输出模块110，处理器114用于执行存储器112中的各 个功能模块。

在本实施方式中，获取模块102用于获取图像。在本实施方式中，获取 模块102为血液探测仪中的探头。

判断模块104用于根据光子的自相关性以及光强判断图像中是否有伪 影。

请结合参阅图2～4，运动造成伪影有两种方式，第一种如图2所示，是探 头相对于皮肤表层的运动，当被测对象不能保持静止的时候，探头往往会有 一个相对的横向平移，血流探测的单模光纤直径仅为5.6微米，突然的平移会 降低被测区域光子的时间相关性（如图3所示，光纤突然横向移动导致运动 伪影的出现，因单模管线传输的光强为高斯型，因此可以从图3右边的波形 图上可以明显看出探头所探测到的点是不同的），从而造成伪高血流值。第 二种如图4所示，是探头对皮肤的垂直拉扯造成的局域皮层增厚，由于脂肪 层血流非常低，会产生伪低的血流值。

因此，在本实施方式中，所述判断模块102判断光子的自相关是否正 常，若光子的自相关正常，则判断光强是否正常，若光强也正常，则表示图 像无伪影。所述判断模块104判断出光子的自相关不正常，则表示图像中有 横向伪影。所述判断模块104判断出光强不正常，则表示图像中有垂直伪 影。

剔除模块106用于在图像中有伪影时剔除图像中的伪影数据得到正确数 据。

在本实施方中，请结合参阅图5A以及图5B，横向运动伪影造成时间自相 关函数g1在1%时间内对上一个数据点有异常骤然下降，时间自相关函数g1发 生不正常的降落，图像中出现横向伪影数据，如图5B所示。

在本实施方中，请结合参阅图6A以及图6B，所示为存在垂直运动伪影的 光强异常曲线对比图，单光子计数后，首先对探测光强进行比较，若光强在 最短积分时间内对比上一个数据点异常骤然上升（脂肪的血流低，对光的吸 收也低），则表示图像中出现垂直伪影数据，如图6B所示。

积分模块108用于根据血流速度选择积分通道对所述正确数据进行积分 得到积分数据。

在本实施方式中，判断模块104还用于判断所述伪影数据是否小于预设 值。在本实施方式中，预设值为积分数据的五分之一，在其他实施方式中， 预设值也可以是其他的值。

输出模块110用于在所述伪影数据小于预设值时将积分数据进行拼接与 重建，输出修正图形。

在本实施方式中，所述获取模块102在所述伪影数据大于等于预设值重 新获取图像。

请参阅图7，图7所示为运动伪影消除装置10的结构图。

在本实施方式中，运动伪影消除装置10采用单光子探测器整列和 FPGA，单光子探测器整列和FPGA通过BGA（Ball Grid Array，球栅阵列结 构的PCB）连接，单光子计数数据经过FPGA判选和处理后，将处理后的自 相关函数通过数据线传输到计算机。与传统的硬件自相关计算器相比，虽然 判选计算量增加很多，但是由于数据传输量几何级的减少（本发明只需要传 播的数据量为100/s，传统的需要传播的数据量为10⁶/s），使得整个系统的运 行速度不受影响，甚至比传统的自相关计算器要快。

请参阅图8，所示为分级的自相关函数计算示意图。

在本实施方式中，积分模块108根据血流速度选择积分通道为一级，积 分数据依序进入二级与三级积分通道。在本发明其他实施方式中，可以用大 于三级自相关函数积分通道处理积分数据。

请参阅图9，图9所示为本发明一实施方式中消除运动伪影方法的流程 图。

在本实施方式中，消除运动伪影方法包括以下步骤：

步骤S1：获取模块102获取图像。

步骤S2：判断模块104根据光子的自相关性以及光强判断图像中是否有 伪影。在本实施方式中伪影包括横向伪影与垂直伪影。

在步骤S2中，判断光子的自相关是否正常，若光子的自相关正常，则判 断光强是否正常，若光强也正常，则表示图像无伪影。

在步骤S2中，若光子的自相关不正常，则表示图像中有横向伪影。

在步骤S2中，若光强不正常，则表示图像中有垂直伪影。

若图像中有伪影，则在步骤S3：剔除模块106剔除图像中的伪影数据得 到正确数据。

步骤S4：根据血流速度选择积分通道对所述正确数据进行积分得到积分 数据。

步骤S5：判断模块104判断所述伪影数据是否小于预设值。在本实施方 式中，预设值为积分数据的五分之一，在其他实施方式中，预设值也可以是 其他的值。

若伪影数据小于预设值，则在步骤S6：输出模块110将积分数据进行拼 接与重建，输出修正图形。

在步骤S5中，若所述伪影数据大于等于预设值，则返回步骤S1，重新获 取图像。

本发明实施方式中的运动伪影消除装置10及其消除运动伪影的方法通过 识别图像中的伪影，并剔除伪影数据得到正确数据，然后对正确数据进行积 分、重建以及拼接，得到输出图像，实现了消除伪影的同时保证输出的修正 图像的质量，且降低了消除运动伪影的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。