三維或四維超聲圖像自動優化調節方法
2023-12-07 07:42:11
專利名稱：三維或四維超聲圖像自動優化調節方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲圖像增益優化方法，尤其是一種三維或四維超聲圖像自動優化調節方法。
背景技術：
超聲波在人體內傳播時，隨著傳播距離的加深，反射回來的超聲信號會減少，使超聲圖像沿深度方向呈現亮度不均勻的現象，這使得對醫生診斷起著重要作用的軟組織也往往不能夠清晰準確地顯示。為了得到優質的超聲圖像便於醫生診斷，我們需要採取增益補償措施，使損耗的圖像增益得到較好的補償以達到一個亮度均勻的超聲圖像。
在超聲診斷設備中對圖像增益的補償，一般是針對深度方向上進行補償，稱為 DGC(Depth Gain Compensation，深度增益補償)，由於隨著深度的增大，掃描時間也相應地增加，所以也稱為TGC (Time Gain Compensation,時間增益補償)，在後面的敘述中均以TGC 表述。常用的TGC調節一般採用多段(包括但不僅限於8段、16段、M段等)電位器調整不同深度的放大倍數。以8段TGC為例，其TGC曲線由7段直線拼接而成，其8個折點的端點值可以由控制面板上的8段TGC電位器值決定，中間值由兩端增益值通過線性插值得到。 醫生可以通過調節電位器來改變增益曲線，進而對圖像進行補償。
目前常用的自動增益調節方法首先需要對圖像進行分塊處理，進而利用預先選定的閾值判斷子塊是否是軟組織圖像，然後再計算增益補償參數值進而優化圖像質量。在此類方法中，對於圖像分塊後的子塊中的像素點，常常採用預先設定的閾值判斷是否是軟組織圖像的像素點，大於預先給定的閾值，則為軟組織圖像的像素點，以1值標記，否則為非軟組織圖像的像素點，以0值標記，這樣做存在的缺點是圖像分割後軟組織圖像區域像素點對應的數值均為1值，非軟組織圖像區域(即近場、遠場的噪聲以及軟組織中的囊腫等) 的像素點對應的數值均為0值，使分塊後的整個圖像像素值不連續，對於軟組織圖像和非軟組織圖像之間的界定沒有適當的過渡，僅單純依靠0值和1值作區分，這樣很容易對是否是軟組織圖像產生錯誤的判斷。若對軟組織圖像判斷不夠準確，則會出現對原本是軟組織圖像的部分補償不足的現象，從而影響醫生做出正確的診斷結論。
無論是DGC還是TGC，均是針對超聲圖像在深度方向上的增益衰減進行補償，但是往往在一定深度上每一幀圖像對於不同的超聲回波強度也不一樣，這時候僅僅調節TGC很難使圖像中的軟組織圖像區域亮度均勻。目前，針對增益補償方法提出了對超聲圖像在橫向方向上進行增益補償的方法，也稱為LGC (Lateral Gain Compensation，橫向增益補償)。 現有的方法需要根據軟組織圖像的均值分別計算橫向和縱向的增益補償曲線，然後根據橫縱向增益補償曲線進行圖像優化，從而使圖像達到橫縱兩個方向上的亮度均衡。這種方法雖然使圖像不僅在深度方向上亮度更加均勻，而且在橫向方向上亮度也均勻一致，但由於亮度並不僅僅隨著深度方向和橫向方向兩個方向呈減弱的變化趨勢，而是可能沿圖像的任意方向非均勻變化，僅僅在兩個方向上進行增益補償依然不能夠全面地補償隨著掃描時間增加帶來的增益損耗。發明內容
本發明的目的是提供一種三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，克服了目前醫用超聲設備手動完成TGC參數調節而且只能調節一至兩個方向上的增益所帶來的缺點。
按照本發明提供的技術方案，所述三維或四維超聲圖像自動優化調節方法包括以下步驟
1)輸入超聲圖像數據，所述超聲圖像數據為對數壓縮前的包絡數據或對數壓縮後的數據中的任一種；
2)分割軟組織圖像，區分超聲圖像中的軟組織圖像與非軟組織圖像；
3)對超聲圖像每一維方向所包含數據作擬合得到增益曲面；
4)進而計算出增益補償參數值，對超聲圖像進行多維自動優化調節。
所述三維是指深度方向、橫向方向、縱向方向以及時間方向四維中的任意三維。
所述四維自動優化調節包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時間方向上的調節。
步驟2中所述分割軟組織圖像的方法為通過高斯分布計算權值來區分軟組織圖像區域與非軟組織圖像區域。所述通過高斯分布計算權值來區分軟組織圖像區域與非軟組織圖像區域的步驟包括
1)根據超聲圖像中組織的像素均值μ和方差δ 2，對於原超聲圖像中的任意一點的像素值0img(i，j)利用高斯分布計算權值Weight (i，j)，如下式
權利要求
1.三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，包括以下步驟1)輸入超聲圖像數據，所述超聲圖像數據為對數壓縮前的包絡數據或對數壓縮後的數據中的任一種；2)分割軟組織圖像，區分超聲圖像中的軟組織圖像與非軟組織圖像；3)對超聲圖像每一維方向所包含數據作擬合得到增益曲面；4)進而計算出增益補償參數值，對超聲圖像進行多維自動優化調節。
2.如權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，所述三維是指深度方向、橫向方向、縱向方向以及時間方向四維中的任意三維。
3.如權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，所述四維自動優化調節包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時間方向上的調節。
4.根據權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，步驟 2中所述分割軟組織圖像的方法為通過高斯分布計算權值來區分軟組織圖像區域與非軟組織圖像區域。
5.根據權利要求4所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，所述通過高斯分布計算權值來區分軟組織圖像區域與非軟組織圖像區域的步驟包括1)根據超聲圖像中組織的像素均值μ和方差s2，對於原超聲圖像中的任意一點的像素值0img(i，j)利用高斯分布計算權值Weight (i，j)，如下式(Oimg(JJ) -μ)2Weight(i,j) = _ e ~^ ■\]2πσ得到權值圖像Weight，其中Weight(i，j)是權值圖像中的位置為(i，j)對應的權值；2)遍歷所述權值圖像中的所有權值，搜索出最大的權值Weightmax；3)利用所述最大權值對所有權值進行歸一化計算Weightnormal (/, j) = yJJ Weighty得到歸一化後的權值圖像，其中Weightnmial (i，j)是權值圖像經過歸一化後，圖像中位置為(i，j)對應的權值；4)根據所述歸一化後的權值圖像與所述輸入圖像計算加權後的圖像 Dimg (i, j) = Oimg (i, j) · Weightnormal (i, j)其中，Dimg(i，j)是加權圖像中位置為(i，j)對應的像素值。5)利用預先設定的閾值THr對所述加權後的圖像進行歸一化計算Dimgnormal{i, j) = Dimg(j, j)THr其中，Dimgnormal (i, j)是加權圖像經過歸一化後，圖像中位置為(i，j)對應的像素值。
6.根據權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，步驟 2中所述分割軟組織圖像的方法為利用信噪比SNR的不同來區分軟組織圖像區域與非軟組織圖像區域。
7.根據權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，在包括深度方向、橫向方向以及時間方向上的三維自動優化調節中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數為I = f(Di; Lj, Tk), Di, Lj, Tk分別代表沿深度方向、橫向方向以及時間方向的自變量，該函數滿足以下三個條件1)該函數在整個定義區間連續；2)該函數在整個定義區間內可導；3)該函數是光滑函數。
8.根據權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，在包括深度方向、橫向方向以及縱向方向上的三維自動優化調節中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數為I = f(Di; Lj, Ek), Di, Lj, &分別代表沿深度方向、橫向方向以及縱向方向的自變量，該函數滿足以下三個條件1)該函數在整個定義區間連續；2)該函數在整個定義區間內可導；3)該函數是光滑函數。
9.根據權利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動優化調節方法，其特徵在於，四維自動優化調節，即包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時間方向上的調節中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數為I = MDyLpT1^m) ,DyL^Tk, 分別代表沿深度方向、橫向方向、時間方向以及縱向方向的自變量，該函數滿足以下三個條件1)該函數在整個定義區間連續；2)該函數在整個定義區間內可導；3)該函數是光滑函數。
全文摘要
本發明公開了一種超聲圖像三維及其四維自動優化調節方法，其步驟包括有輸入圖像數據；分割軟組織圖像區域；擬合增益平面；對圖像進行三維及其四維增益補償。其優點是本發明對對數壓縮前的包絡數據或對數壓縮後的圖像數據根據統計參數計算像素點所帶的權值，或利用信噪比進而將軟組織與非軟組織區分開，然後對其進行增益平面的擬合，計算出增益補償值，將其用於超聲圖像進行三維及其四維均勻性的調整，從而使圖像亮度均勻一致。
文檔編號A61B8/00GK102499711SQ20111030235
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者許冠明, 趙丹華, 趙明昌, 陸堅 申請人:無錫祥生醫學影像有限責任公司