Brevet FR2544943A1 — publié le 19841026

La présente invention concerne de façon générale la mise en coïncidence ou en concordance d'images, et elle porte plus particulièrement sur la correction de défauts de coïncidence entre des images, spécialement lorsque les images doivent être traitées après la mise en coïncidence, comme en radiographie numéri#ue. En radiographie numérique et en radioscopie numérique on soustrait par exemple une image appelée "masque" d'une autre image afin d'obtenir une troisième image dans laquelle des objets et/ou des organes sans intéret ont été supprimés. Lorsque les objets supprimés sont présents, ils tendent à masquer des objets ou organes intéressants. La procédure habituelle consiste à obtenir une première image "a" de l'objet intéressant, après quoi on injecte au sujet une faible quantité de matière contrastante, et on procède à l'acquisition d'une seconde image "b". On soustrait l'image "a" de l'image "b" pour éliminer tout ce qui ne contient pas la matière contrastante, et on obtient ainsi par soustraction une troisième image "c" qui ne montre pratiquement que des organes et des objets intéressants, non brouillés par des organes ou des objets perturbateurs. Un problème important qui se manifeste depuis longtemps lorsqu'on traite ou on examine les images consiste en ce que, très souvent, les première et seconde images ne coïncident pas exactement, à cause d'un certain changement dans le système ou de changements dans le sujet Cette absence de coïncidence constitue ce qu'on appelle un "défaut de coïncidence d'images" et elle est la cause d'artefacts de "dérivée" qui apparaissent dans l'image "c". Les artefacts se manifestent par des lignes ayant des valeurs positives et/ou négatives, qui sont parallèles à des bords d'éléments dans l'image "c'~. Des tentatives ont été faites dans le passé pour éliminer ou tout au moins pour réduire le défaut de col-n- cidence. On a abordé dans le passé le problème du défaut de coïncidence en tentant de stabiliser les systèmes et/ ou en faisant coïncider de façon électronique et/ou numérique un ou plusieurs éléments des images. Il est parfaitement justifié de tenter de maintenir le système aussi stable que possible, mais de telles tentatives atteignent rapidement un point où les bénéfices qu'on en tire diminuent, du fait que quels que soient les efforts et l'argent consacrés pour stabiliser les systèmes, il y aura inévitablement une dérive électronique et des discordances entre images. De plus, aucune stabilisation des circuits électroniques ne pourra contribuer à empêcher un défaut de coïncidence produit par un mouvement du patient. Les tentatives utilisées à l'heure actuelle pour corriger le défaut de coïncidence sont d'une utilisation malcommode, on ne peut pas les automatiser aisément et elles entraînent une perte de netteté; elles ne conviennent donc pas pour une utilisation répétitive. Il y a donc un besoin constant et ressenti depuis longtemps, concernant des systèmes efficaces pour minimiser le défaut de coïncidence et pour éliminer ou tout au moins pour réduire les artefacts résultants. Un but de l'invention est donc de procurer des systèmes de correction de défaut de coïncidence d'images nouveaux et originaux. L'invention procure un système qui minimise et résout les problèmes de défaut de coïncidence qui apparaissent par ailleurs lorsqu'on aligne des images pour le traitement. Le système de correction de défaut de coinciden- ce conforme à un mode de réalisation préféré met en oeuvre les opérations suivantes a. On forme des images "a" et "b" décomposées en éléments d'image, b. On compare l'image "a" avec l'image "b", avant tout traitement ultérieur, c. On mesure la valeur de défaut de co-inciden- ce entre les images "a" et "b", à un cer tain nombre de points, cette mesure étant indépendante de la cause du défaut de coin- cidence, c'est-à-dire que le défaut de co-in- cidence peut être produit par des décalages et/ou des dilatations et/ou des gauchisse ments èt/ou des rotations, d.On extrapole de façon analytique les défauts de coïncidence mesurés, pour déterminer les défauts de coïncidence sur la totalité de l'image, et e. On corrige le défaut de coïncidence détermi né avant ledit traitement ultérieur. Une caractéristique du système consiste en ce qu'il détermine la valeur du défaut de coïncidence en mesurant des caractéristiques telles que les positions de bords aussi bien dans la direction x que dans la direction y, à un certain nombre d'emplacements correspondants dans les deux images, sans décision antérieure concernant le type de défaut de coïncidence. Une autre caractéristique du système consiste en ce qu'il détermine la valeur du défaut de coïncidence à des positions mesurées en extrapolant de façon analytique les valeurs mesurées, sans décision antérieure concernant le type du défaut de coïncidence. Une autre caractéristique du système consiste en ce qu'il corrige le défaut de colncidence mesuré en considé- rant que les valeurs de défaut de coïncidence consistent en un nombre entier d'éléments d'image, plus un reste qui est inférieur ou égal à la moitié d'un élément d'image, et en dé calant ensuite l'image de distances égales au nombre entier d'éléments d'image et à la fraction d'élément d'image, avant d'effectuer un traitement ultérieur comprenant l'examen des images. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est un schéma synoptique montrant un mode de réalisation préféré d'un système de correction de défaut de coïncidence, Les figures 2A et 2B sont des exemples de représentations de profils au niveau d'un bord "en échelon" dans l'image "a" et l'image "b", et La figure 3 est une représentation graphique d'une correction de défaut de coïncidence lorsque le défaut de coïncidence est inférieur à un élément d'image. Le système de correction de défaut de co-inci- dence 11 de la figure 1 comprend une section de détecteur d'image 12, une section de mesure de défaut de coïncidence 13 et une section de correction de défaut de coïncidence 14. La référence 16 désigne une section de soustraction et de présentation d'image. La section 16 est représentative d'une forme de traitement ultérieur qui peut avoir lieu après correction du défaut de coïncidence. La section de détecteur 12 montre une source de rayons X, 17, dirigée vers un sujet 18. Le rayonnement atténué par l'absorption est détecté par le détecteur pour produire des signaux lumineux qui sont intensifiés par l'intensificateur 21 afin d'actionner une caméra vidéo 22. Le signal de sortie analogique de la caméra 22 est amplifié par un amplificateur vidéo 23. Le signal de sortie est numérisé par un circuit de conversion analogique-numérique 24. Les valeurs numérisées sont séparées en éléments d'image, de façon que les valeurs numériques x, y déterminent l'endroit auquel la valeur d'am plitude est enregistrée. L'enregistrement de l'image est commandé par un circuit qui est représenté par le sousensemble 26, et il est effectué sous la commande d'ensemble d'un microprocesseur 27 et d'un circuit associé. Le circuit associé est représenté par une mémoire vive 28, une mémoire morte 29, une horloge 31 et un clavier d'entrée 32, à titre d'exemple. L'équipement de mesure de défaut de coïncidence d'image est représenté sous une forme comprenant une paire de matrices de mémoire 33 et 34. Les -matrices sont divisées en lignes telles que les lignes Ycs Y1,...Yn, et en colonnes telles que les colonnes Xg, X1,..Xn, , définissant des éléments x, y qui correspondent aux éléments d'image de l'image d'origine. La matrice 33 reçoit et mémorise les valeurs d'élément d'image de la première image, en fonction de la position. La matrice 34 reçoit et mémorise les valeurs d'élément d'image de la seconde image. Les images concernent le même sujet et elles sont par exemple séparées dans le temps. Comme il est représenté, le dispositif de commande 26 actionne des dispositifs de connexion sélective tels que des interrupteurs ou commutateurs SW1, SW2 et SW3, pour connecter sélectivement le convertisseur analogique-numérique 24 aux matrices. On notera que S-W3 est fermé lorsque SW2 est ouvert, et inversement. Le dispositif de commande 26 est sous la commande du microprocesseur 27. Des moyens sont prévus pour comparer les deux images enregistrées, à savoir une image "a" et une image "b", pour déterminer le défaut d'alignement. On effectue ceci, à titre d'exemple, en comparant des profils de bords sélectionnés. Plus précisément, l'opérateur de l'équipement représenté sur la figure 1 détermine le défaut de co-inciden- ce de la manière suivante a. Il sélectionne un bord en plaçant autour de celui-ci un indicateur de région intéressante sur l'image "a", au moyen d'instructions, en utilisant le clavier 32, b.Il indique le type du bord (c'est-à-dire : echelon J Z impulsion Si, ou impulsion en cloche fr ), en actionnant SW7 pour brancher le circuit entrée-sortie 45 sur l'un des types de bord 43, 44 ou 46, c. Il définit la direction (c ou y) traversant le bord, d. Il projette la région intéressante dans la direction perpendiculaire à la direction indiquée à l'opération c, pour générer ainsi un profil de bord, e. Il ajuste le profil généré à la forme de bord indiquée, f. Il détermine une première position de bord ajustée (Xa ou Ya) en identifiant une caractéristique reconnue, comme la demi-hauteur, le maximum, le minimum; etc, g.Il répète les opérations d-f pour l'image b, afin d' obtenir une seconde position de bord (Xb ou Yb), h. Il enregistre le décalage pour la position x ou y, par exemple sous la forme # x = xb - wA, comprenant la va- leur entière la plus proche, par exemple, X = valeur tronquée de [#x + et la valeur fractionnaire dx, par exemple : dx = #x- #x qui est toujours comprise entre -0,5 et + 0,5. Le microprocesseur commande les opérations in diquées. Les opérations sont effectuées en actionnant les éléments de commutation SW4 et SW7 et au moyen du clavier d'entrée du microprocesseur. La fermeture de SW4 déplace le commutateur rotatif SW6 de façon connecter l'entrée du circuit convertisseur numérique-analogique 37 pour qu' elle reçoive soit le contenu des matrices 33, 34 ou 38, soit le signal de sortie d'un circuit de différence 39. Au lieu d'utiliser une identification de courbe, le système de l'invention peut également utiliser un ensemble de caractéristiques universelles qu'on peut aisément identifier sur la plupart des courbes ou des figures géométriques ; comme par exemple les coordonnées de la médiane de la courbe, les coordonnées de la moyenne de la courbe et/ou les coordonnées des points auxquels la courbe change de direction , comme aux maximums ou aux minimums. Les positions des paires de bords (jusqu'à 6) sont placées dans les jeux de registres 47 et elles sont soustraites par l'unité de soustraction 48. On retient à la fois les décalages (X,dx ou Y,dy) et la position des bords. Une fois que tous les décalages nécessaires gx (Xo,Yo), sy (Xn, Yi) ,.... ont été mesurés, au lieu d'effectuer une interpolation, ont construit des polynômes bidimensionnels s'identifiant aux décalages de façon que #x = Px (x,y) #y = Py (x,y) Ces polynômes donnent le défaut de coïncidence pour tous les points sur les images. Le nombre de coefficients n des polynômes est égal au nombre n des décalages mesurés. Le degré du polynôme est toujours le plus faible possible compte tenu de ce nombre de coefficients. Le nombre de décalages en x sera habituellement (mais non obligatoirement) égal au nombre de décalages en Y. Ainsi, si on a mesuré un seul décalage en x, Px est une constante égale à ce décalage. En utilisant ces polynômes, on peut calculer les valeurs #x, #y pour chaque élément d'image (x, y). Ces polynômes décrivent des décalages linéaires Px = Cx Py = Cy total n=2 des rotations des développements Px = B (x-xO) (nx = 3) total n=6 Py = B (y-y0) (ny = 3) des développements ellipsoidaux Px = Dx (x-xO) (nx 3) total n=6 Py = dy YO) (n = 3) y et des gauchissements, qui sont des combinaisons de ce qui précède, avec n au moins égal à 6. La correction est accomplie en deux étapes sous la commande du microprocesseur 27. Les valeurs #x, y, dx et dy sont appliquées à l'unité arithmétique 49 par des conducteurs 51. Les valeurs de dx, dy sont infé- rieures ou égales à 1/2, ce qui fait qu'on a sx = A x + dx idxi, |dy| 1/2 gy = ty + dy en désignant respectivement par #x et #y le défaut de coïncidence total dans les directions x et y. L'unité arithmétique 49 est en fait un filtre de rétablissement qui est obtenu en résolvant les équations de défaut de coincidence. On décrira le fonctionnement de l'unité arithmétique 49 en se référant à la figure 3 qui montre une correction pour dx, dy. On acccmplit aisément la correction pour # x, A y en décalant l'image sur la distance correspondant au nombre entier d'éléments d'image. Sur la figure 3, on soustrait d'un élément d'image de valeur A un élément d'image ayant également une valeur A, mais qui est décalé d'une quantité a dans la direction des x croissants.Le résultat est un élément d'image ayant une valeur # *A dans la position d'origine, et un élément d'image ayant la valeur - d *Adans l'élément d'image voisin. On prendra par exemple le cas d'un décalage cons tant corrigé sur l'image de "masque", #a#1 L'ensemble de valeurs d-'origine A1, A2 Ai An pour un ensemble d'éléments d'image numérotés dans la direction du décalage est remplacé par l'ensemble décalé A1' , A2 Ai avec kll = A1 (en supposant que AO caché, soit égal à A1) A21 = A1d f A2( I = A2 + A3(l-O() tr 1( II ll ll ll AN' = AN 1 d + AN(1 O() La solution de ce système d'équations est A1 =A1, A2 = A2, / (1- o() A1 'X/(i-c() A3 = A3'/ (i-o() -A2*/(i-o() Ir II AN = AN / (1- &gamma;)- AN-1 N-I et cette solution est calculée par l'unité 49 et apparaît sur les conducteurs 52.L'unité 53 utilise les nouvelles valeurs d'élément d'image pour déterminer les valeurs à enregistrer dans la matrice 38 qui conserve l'image corrigée. Entre autres choses, la procédure ci-dessus supprime la nécessité d'interpoler, avec la perte de netteté de l'image qui en résulte. Dans le cas de défauts de coïncidence férents, o( est fonction dex et y. L'image originale "b" et l'image de "masque" corrigée, "a", sont ensuite comparées (soustraites) dans l'uni- té 39. Le signal de sortie de l'unité 39 est transmis à l'unité de visualisation 36 par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique 37, pour visualiser les images après soustraction et avec correction du défaut de coïncidence avec un niveau de précision d'une fraction d'élément d'image, et avec seulement une perte minimale de résolution. On peut montrer que tout bruit N introduit à un point quelconque pendant le fonctionnement du filtre décroît pendant la suite du fonctionnement du filtre comme No ( |)i en désignant par j le nombre de pas depuis l'introduction du bruit et par CL le décalage moyen de fraction d'élément d'image, qui est inférieur à un demi, ce qui donne au facteur 1 une valeur infé 1-lc'I rieure à 1. Ceci s'applique en particulier à du bruit in- troduit par l'hypothèse faite au tout premier pas de chaque ligne. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de correction de défaut de coinci- dence, destiné à corriger des défauts de coïncidence mesurés entre des images acquises "a" et "b", caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (26, 27, 32) pour comparer l'image "a" avec l'image "b" ; des moyens (13) pour mesurer la valeur du défaut de coincidence entre l'image "a" et l'image "b" à des points sélectionnés, et des moyens d'extrapolation analytique qui utilisent les valeurs mesurées pour déterminer la valeur du défaut de coinci- dence à tous les autres points, indépendamment du fait que ce défaut de coïncidence soit produit par des décalages et/ou des dilatations et/ou des rotations et/ou des gauchissements. 2. Système de correction de défaut de coïnci- dence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de correction (14) pour corriger les valeurs de défaut de coïncidence mesurées et déterminées. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de correction (14) comprennent un filtre de rétablissement (49). 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend o des moyens d'acquisition d'image (17, 18, 19, 21, 22, 23) destinés à acquérir les images "a" et "b"; des moyens (24) destinés à numériser les images acquises; des moyens (26, 27) destinés à séparer en éléments d'image les images numérisées, et-à enregistrer ces images dans des matrices "a" et "b" respectives (33,34), avec chaque valeur-d'élément d'image de ces images dans une position donnée des matrices correspondant aux positions détectées et identifiées par des coordonnées x et y dans un système de coordonnées orthogonal; des-moyens (26, 27, 32) destinés à comparer les positions d'un certain nombre de caractéristiques identifiées dans les deux images, dans les deux directions x et y ; des moyens destinés à établir des polynômes en x et y qui correspondent aux différences entre les positions comparées ; et les moyens destinés à déterminer les valeurs de défaut de coïncidence à tous les autres points comprennent des moyens destinés à évaluer ces polynômes. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de filtrage (49) destinés à corriger le défaut de coïncidence déterminé, avec un minimum de perte de netteté. 6. Procédé de détermination des valeurs de défaut de coïncidence entre une image "a" et une image "b", caractérisé en ce que : (a) on compare l'image -"a" avec 1' image "b" ; (b) on mesure la valeur de défaut de co-in- cidence à des points sélectionnés, entre les images "a" et "b"; et (c) on détermine la valeur de défaut de coin- cidence entre les images, à tous les poipts, en extrapolant la comparaison de façon analytique, grâce à quoi ladite détermination s'applique indépendamment du fait que le défaut de coïncidence soit produit par des décalages et/ou des dilatations et/ou des rotations et/ou des gauchissements. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération qui consiste à corriger le défaut de coïncidence qui est déterminé par l'extrapolation analytique. 8. Procédé selon la revendication 7,, caractéri- sé en ce que l'opération de correction comprend l'opération qui consiste à rétablir l'image '!b" par filtrage, ce filtrage étant basé sur les valeurs de défaut de coïncidence qui ont été déterminées par l'opération de détermination. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'opération de correction comprend l'opération qui consiste à rétablir l'image "a" par filtrage. 10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que: on effectue l'acquisition des images "a" et "b" en utilisant des éléments d'image ; on numérise les images acquises ; on enregistre les images "a" et "b" numérisées dans des matrices respectives "a" et "b" (33, 34), ces matrices comportant des positions qui correspondent aux éléments d'image et qui sont identifiées par des coordonnées x et y; on compare les positions d'un certain nombre de caractéristiques identifiées dans les deux images, dans les deux directions x et y ; on détermine des polynômes en x et y à partir des différences entre les positions comparées ; et l'opération de détermination de la valeur de défaut de coïncidence à tous les autres points comprend l'opération de résolution de ces polynômes. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération de correction du défaut de coïncidence déterminé, en procédant de la façon suivante : on déplace les éléments d'image d'une image par rapport à ceux de l'autre image, d'une distance correspondant à un nombre entier de distances d'élément d'image, lorsque ceci est indiqué par l'opération de détermination, ce nombre entier étant le nombre entier le plus proche du défaut de coïncidence qui a été déterminé, et ensuite d'une valeur inférieure ou égale à la moitié de la distance complète d'un élément d'image, cette valeur étant la distance qui correspond à la différence entre ledit nombre entier et le défaut de coïncidence qui a été déterminé. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à corriger le défaut de coïncidence déterminé, en effectuant un rétablissement d'image par filtrage, en utilisant les valeurs de défaut de coïncidence qui ont été déterminées. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend l'opération consistant à effectuer un filtrage passe-bas pour limiter le bruit.