專利名稱：三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲圖像增益優(yōu)化方法，尤其是一種三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
超聲波在人體內(nèi)傳播時(shí)，隨著傳播距離的加深，反射回來的超聲信號(hào)會(huì)減少，使超聲圖像沿深度方向呈現(xiàn)亮度不均勻的現(xiàn)象，這使得對(duì)醫(yī)生診斷起著重要作用的軟組織也往往不能夠清晰準(zhǔn)確地顯示。為了得到優(yōu)質(zhì)的超聲圖像便于醫(yī)生診斷，我們需要采取增益補(bǔ)償措施，使損耗的圖像增益得到較好的補(bǔ)償以達(dá)到一個(gè)亮度均勻的超聲圖像。
在超聲診斷設(shè)備中對(duì)圖像增益的補(bǔ)償，一般是針對(duì)深度方向上進(jìn)行補(bǔ)償，稱為 DGC(Depth Gain Compensation，深度增益補(bǔ)償)，由于隨著深度的增大，掃描時(shí)間也相應(yīng)地增加，所以也稱為TGC (Time Gain Compensation,時(shí)間增益補(bǔ)償)，在后面的敘述中均以TGC 表述。常用的TGC調(diào)節(jié)一般采用多段(包括但不僅限于8段、16段、M段等)電位器調(diào)整不同深度的放大倍數(shù)。以8段TGC為例，其TGC曲線由7段直線拼接而成，其8個(gè)折點(diǎn)的端點(diǎn)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(yī)生可以通過調(diào)節(jié)電位器來改變?cè)鲆媲€，進(jìn)而對(duì)圖像進(jìn)行補(bǔ)償。
目前常用的自動(dòng)增益調(diào)節(jié)方法首先需要對(duì)圖像進(jìn)行分塊處理，進(jìn)而利用預(yù)先選定的閾值判斷子塊是否是軟組織圖像，然后再計(jì)算增益補(bǔ)償參數(shù)值進(jìn)而優(yōu)化圖像質(zhì)量。在此類方法中，對(duì)于圖像分塊后的子塊中的像素點(diǎn)，常常采用預(yù)先設(shè)定的閾值判斷是否是軟組織圖像的像素點(diǎn)，大于預(yù)先給定的閾值，則為軟組織圖像的像素點(diǎn)，以1值標(biāo)記，否則為非軟組織圖像的像素點(diǎn)，以0值標(biāo)記，這樣做存在的缺點(diǎn)是圖像分割后軟組織圖像區(qū)域像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值均為1值，非軟組織圖像區(qū)域(即近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)的噪聲以及軟組織中的囊腫等) 的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值均為0值，使分塊后的整個(gè)圖像像素值不連續(xù)，對(duì)于軟組織圖像和非軟組織圖像之間的界定沒有適當(dāng)?shù)倪^渡，僅單純依靠0值和1值作區(qū)分，這樣很容易對(duì)是否是軟組織圖像產(chǎn)生錯(cuò)誤的判斷。若對(duì)軟組織圖像判斷不夠準(zhǔn)確，則會(huì)出現(xiàn)對(duì)原本是軟組織圖像的部分補(bǔ)償不足的現(xiàn)象，從而影響醫(yī)生做出正確的診斷結(jié)論。
無論是DGC還是TGC，均是針對(duì)超聲圖像在深度方向上的增益衰減進(jìn)行補(bǔ)償，但是往往在一定深度上每一幀圖像對(duì)于不同的超聲回波強(qiáng)度也不一樣，這時(shí)候僅僅調(diào)節(jié)TGC很難使圖像中的軟組織圖像區(qū)域亮度均勻。目前，針對(duì)增益補(bǔ)償方法提出了對(duì)超聲圖像在橫向方向上進(jìn)行增益補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ卜Q為LGC (Lateral Gain Compensation，橫向增益補(bǔ)償)。 現(xiàn)有的方法需要根據(jù)軟組織圖像的均值分別計(jì)算橫向和縱向的增益補(bǔ)償曲線，然后根據(jù)橫縱向增益補(bǔ)償曲線進(jìn)行圖像優(yōu)化，從而使圖像達(dá)到橫縱兩個(gè)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，但由于亮度并不僅僅隨著深度方向和橫向方向兩個(gè)方向呈減弱的變化趨勢(shì)，而是可能沿圖像的任意方向非均勻變化，僅僅在兩個(gè)方向上進(jìn)行增益補(bǔ)償依然不能夠全面地補(bǔ)償隨著掃描時(shí)間增加帶來的增益損耗。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，克服了目前醫(yī)用超聲設(shè)備手動(dòng)完成TGC參數(shù)調(diào)節(jié)而且只能調(diào)節(jié)一至兩個(gè)方向上的增益所帶來的缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法包括以下步驟
1)輸入超聲圖像數(shù)據(jù)，所述超聲圖像數(shù)據(jù)為對(duì)數(shù)壓縮前的包絡(luò)數(shù)據(jù)或?qū)?shù)壓縮后的數(shù)據(jù)中的任一種；
2)分割軟組織圖像，區(qū)分超聲圖像中的軟組織圖像與非軟組織圖像；
3)對(duì)超聲圖像每一維方向所包含數(shù)據(jù)作擬合得到增益曲面；
4)進(jìn)而計(jì)算出增益補(bǔ)償參數(shù)值，對(duì)超聲圖像進(jìn)行多維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)。
所述三維是指深度方向、橫向方向、縱向方向以及時(shí)間方向四維中的任意三維。
所述四維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時(shí)間方向上的調(diào)節(jié)。
步驟2中所述分割軟組織圖像的方法為通過高斯分布計(jì)算權(quán)值來區(qū)分軟組織圖像區(qū)域與非軟組織圖像區(qū)域。所述通過高斯分布計(jì)算權(quán)值來區(qū)分軟組織圖像區(qū)域與非軟組織圖像區(qū)域的步驟包括
1)根據(jù)超聲圖像中組織的像素均值μ和方差δ 2，對(duì)于原超聲圖像中的任意一點(diǎn)的像素值0img(i，j)利用高斯分布計(jì)算權(quán)值Weight (i，j)，如下式
權(quán)利要求
1.三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括以下步驟1)輸入超聲圖像數(shù)據(jù)，所述超聲圖像數(shù)據(jù)為對(duì)數(shù)壓縮前的包絡(luò)數(shù)據(jù)或?qū)?shù)壓縮后的數(shù)據(jù)中的任一種；2)分割軟組織圖像，區(qū)分超聲圖像中的軟組織圖像與非軟組織圖像；3)對(duì)超聲圖像每一維方向所包含數(shù)據(jù)作擬合得到增益曲面；4)進(jìn)而計(jì)算出增益補(bǔ)償參數(shù)值，對(duì)超聲圖像進(jìn)行多維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述三維是指深度方向、橫向方向、縱向方向以及時(shí)間方向四維中的任意三維。
3.如權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述四維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時(shí)間方向上的調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，步驟 2中所述分割軟組織圖像的方法為通過高斯分布計(jì)算權(quán)值來區(qū)分軟組織圖像區(qū)域與非軟組織圖像區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述通過高斯分布計(jì)算權(quán)值來區(qū)分軟組織圖像區(qū)域與非軟組織圖像區(qū)域的步驟包括1)根據(jù)超聲圖像中組織的像素均值μ和方差s2，對(duì)于原超聲圖像中的任意一點(diǎn)的像素值0img(i，j)利用高斯分布計(jì)算權(quán)值Weight (i，j)，如下式(Oimg(JJ) -μ)2Weight(i,j) = _ e ~^ ■\]2πσ得到權(quán)值圖像Weight，其中Weight(i，j)是權(quán)值圖像中的位置為(i，j)對(duì)應(yīng)的權(quán)值；2)遍歷所述權(quán)值圖像中的所有權(quán)值，搜索出最大的權(quán)值Weightmax；3)利用所述最大權(quán)值對(duì)所有權(quán)值進(jìn)行歸一化計(jì)算Weightnormal (/, j) = yJJ Weighty得到歸一化后的權(quán)值圖像，其中Weightnmial (i，j)是權(quán)值圖像經(jīng)過歸一化后，圖像中位置為(i，j)對(duì)應(yīng)的權(quán)值；4)根據(jù)所述歸一化后的權(quán)值圖像與所述輸入圖像計(jì)算加權(quán)后的圖像 Dimg (i, j) = Oimg (i, j) · Weightnormal (i, j)其中，Dimg(i，j)是加權(quán)圖像中位置為(i，j)對(duì)應(yīng)的像素值。5)利用預(yù)先設(shè)定的閾值THr對(duì)所述加權(quán)后的圖像進(jìn)行歸一化計(jì)算Dimgnormal{i, j) = Dimg(j, j)THr其中，Dimgnormal (i, j)是加權(quán)圖像經(jīng)過歸一化后，圖像中位置為(i，j)對(duì)應(yīng)的像素值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，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(qū)分軟組織圖像區(qū)域與非軟組織圖像區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在包括深度方向、橫向方向以及時(shí)間方向上的三維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數(shù)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(shí)間方向的自變量，該函數(shù)滿足以下三個(gè)條件1)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間連續(xù)；2)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間內(nèi)可導(dǎo)；3)該函數(shù)是光滑函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在包括深度方向、橫向方向以及縱向方向上的三維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數(shù)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(shù)滿足以下三個(gè)條件1)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間連續(xù)；2)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間內(nèi)可導(dǎo)；3)該函數(shù)是光滑函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維或四維超聲圖像自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其特征在于，四維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)，即包括深度方向、橫向方向、縱向方向以及時(shí)間方向上的調(diào)節(jié)中，步驟3中所述的擬合增益曲面的函數(shù)為I = MDyLpT1^m) ,DyL^Tk, 分別代表沿深度方向、橫向方向、時(shí)間方向以及縱向方向的自變量，該函數(shù)滿足以下三個(gè)條件1)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間連續(xù)；2)該函數(shù)在整個(gè)定義區(qū)間內(nèi)可導(dǎo)；3)該函數(shù)是光滑函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲圖像三維及其四維自動(dòng)優(yōu)化調(diào)節(jié)方法，其步驟包括有輸入圖像數(shù)據(jù)；分割軟組織圖像區(qū)域；擬合增益平面；對(duì)圖像進(jìn)行三維及其四維增益補(bǔ)償。其優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明對(duì)對(duì)數(shù)壓縮前的包絡(luò)數(shù)據(jù)或?qū)?shù)壓縮后的圖像數(shù)據(jù)根據(jù)統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算像素點(diǎn)所帶的權(quán)值，或利用信噪比進(jìn)而將軟組織與非軟組織區(qū)分開，然后對(duì)其進(jìn)行增益平面的擬合，計(jì)算出增益補(bǔ)償值，將其用于超聲圖像進(jìn)行三維及其四維均勻性的調(diào)整，從而使圖像亮度均勻一致。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102499711SQ20111030235
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者許冠明, 趙丹華, 趙明昌, 陸堅(jiān) 申請(qǐng)人:無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司