專利名稱：用于形成3d超聲圖像的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)城本發(fā)明一般涉及一種三維(3D)超聲診斷系統(tǒng)，更具體地說(shuō)涉及一種用于從目標(biāo)對(duì)象的二維(2D)超聲圖像中自動(dòng)檢測(cè)出輪廓并利用該輪廓內(nèi)的體積數(shù)據(jù)形成3D超聲圖像的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
三維(3D)超聲診斷系統(tǒng)是用于提供諸如空間信息、解剖信息等臨床信息，這些臨床信息不能從傳統(tǒng)的二維圖像中提供。3D超聲診斷系統(tǒng)從通過(guò)探針從目標(biāo)對(duì)象接收的信號(hào)中獲得體積數(shù)據(jù)，并且針對(duì)所獲得的體積數(shù)據(jù)執(zhí)行掃描轉(zhuǎn)換程序。通過(guò)根據(jù)從掃描轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)中獲得的圖像執(zhí)行再現(xiàn)程序而在例如監(jiān)視器、屏幕等顯示設(shè)備上顯示目標(biāo)對(duì)象的3D超聲圖像。因此用戶可以獲得目標(biāo)對(duì)象的臨床信息。
如在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，探針一般具有多個(gè)傳感器，其中分別將脈沖信號(hào)輸入每個(gè)傳感器的定時(shí)被適當(dāng)?shù)匮舆t。因此聚焦超聲束沿著發(fā)射掃描線被發(fā)射到目標(biāo)對(duì)象中。每個(gè)傳感器在不同的接收時(shí)間接收從發(fā)射掃描線上的焦點(diǎn)反射的回聲信號(hào)。接收信號(hào)被發(fā)射給束成形器。接收信號(hào)被適當(dāng)?shù)匮舆t，其中在波束成形器中對(duì)延遲的接收信號(hào)求和。因此，從發(fā)射掃描線上的焦點(diǎn)反射的表示能級(jí)的接收聚焦束被輸出。以上程序被反復(fù)執(zhí)行，直到產(chǎn)生由多個(gè)掃描線的接收聚焦束形成的目標(biāo)對(duì)象的2D片層圖像。
體積數(shù)據(jù)獲取單元通過(guò)綜合2D超聲圖像而輸出體積數(shù)據(jù)，該2D超聲圖像表示從束成形器輸入的目標(biāo)對(duì)象的截面。體積數(shù)據(jù)從由存在于3D空間內(nèi)并用圓環(huán)坐標(biāo)系定義的目標(biāo)對(duì)象所反射的信號(hào)中產(chǎn)生。因此，為了在具有笛卡爾坐標(biāo)系的顯示設(shè)備(例如監(jiān)視器、平面等)中執(zhí)行體積數(shù)據(jù)的再現(xiàn)程序，需要用于執(zhí)行體積數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的掃描轉(zhuǎn)換。掃描轉(zhuǎn)換在掃描轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)。
掃描轉(zhuǎn)換器中的掃描轉(zhuǎn)換后的體積數(shù)據(jù)通過(guò)典型的容積再現(xiàn)程序被這樣再現(xiàn)，使得3D超聲圖像得以顯示。用戶通過(guò)顯示在顯示設(shè)備上的3D超聲圖像獲得目標(biāo)對(duì)象的臨床信息。
3D超聲診斷系統(tǒng)主要被用于在產(chǎn)科和婦科領(lǐng)域中用3D超聲圖像顯示胎兒的形狀。在通過(guò)掃描孕婦的腹部區(qū)域而獲取了體積數(shù)據(jù)之后，根據(jù)所獲取的體積數(shù)據(jù)執(zhí)行容積再現(xiàn)程序。因此可以用3D超聲圖像顯示胎兒的形狀。然而由于體積數(shù)據(jù)包括子宮組織、脂肪組織、羊水、浮動(dòng)物質(zhì)和胎兒的混合數(shù)據(jù)，如果再現(xiàn)程序被直接應(yīng)用于體積數(shù)據(jù)，則很難用3D超聲圖像清楚地顯示胎兒的形狀。因此，為了用3D超聲圖像顯示胎兒的形狀，需要從例如羊水等相鄰區(qū)域中分割出胎兒區(qū)域。
因此，通過(guò)使用與3D超聲診斷系統(tǒng)連接的外部接口設(shè)備(例如鼠標(biāo)、鍵盤等)，可以產(chǎn)生包圍顯示設(shè)備上顯示的2D超聲圖像中胎兒形狀的感興趣區(qū)域(ROI)方框，如圖1A所示。此后，如圖1B所示，通過(guò)細(xì)致地操作外部接口產(chǎn)生最后的ROI方框。存在于從該ROI方框內(nèi)的圖像中檢測(cè)出的輪廓內(nèi)的體積數(shù)據(jù)被這樣再現(xiàn)，使得胎兒的3D超聲圖像能夠被顯示。
然而，由于ROI方框的產(chǎn)生以及目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓的檢測(cè)都是由用戶在3D超聲診斷系統(tǒng)中手動(dòng)地進(jìn)行操作，所以最后顯示的3D超聲圖像的質(zhì)量取決于用戶的專門技能。換句話說(shuō)，根據(jù)產(chǎn)生ROI方框的用戶，ROI方框的尺寸是不一致的。同樣地，由于不能精確地顯示所期望的目標(biāo)對(duì)象的3D超聲圖像，經(jīng)常存在問(wèn)題。
而且即使用戶是專家，也存在問(wèn)題，即產(chǎn)生ROI方框以及從2D超聲圖像中檢測(cè)出目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓需花費(fèi)很長(zhǎng)的工作時(shí)間。這是因?yàn)橛脩糁苯釉?D超聲圖像上產(chǎn)生ROI方框。此外，如果對(duì)于所期望的目標(biāo)對(duì)象的3D超聲圖像而言ROI方框的尺寸不精確，則存在以下問(wèn)題，即在體積數(shù)據(jù)再現(xiàn)程序或ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)程序中可能會(huì)產(chǎn)生誤差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于在減小可能在體積數(shù)據(jù)再現(xiàn)過(guò)程和目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的誤差的同時(shí)形成目標(biāo)對(duì)象的精確的3D超聲圖像的設(shè)備和方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是通過(guò)自動(dòng)地產(chǎn)生ROI方框并且檢測(cè)存在于ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的輪廓來(lái)減少在產(chǎn)生感興趣(ROI)方框的過(guò)程以及檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的輪廓的過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于形成三維(3D)超聲圖像的設(shè)備，包括第一單元，用于在2D超聲圖像上產(chǎn)生感興趣區(qū)域(ROI)方框；第二單元，用于檢測(cè)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓；以及第三單元，用于通過(guò)再現(xiàn)存在于檢測(cè)到的輪廓中的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于形成三維(3D)超聲圖像的方法，包括以下步驟a)在2D超聲圖像上產(chǎn)生感興趣區(qū)域(ROI)方框；b)檢測(cè)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓；以及c)通過(guò)再現(xiàn)存在于檢測(cè)到的輪廓中的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。


根據(jù)以下結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的上述以及其他目的和特征將變得顯而易見，其中圖1A和1B是描述在2D超聲圖像上產(chǎn)生的感興趣區(qū)域(ROI)方框的圖；圖2是說(shuō)明用于形成3D超聲圖像的設(shè)備的示意性框圖，該設(shè)備根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成；圖3是說(shuō)明圖2的ROI方框產(chǎn)生單元的詳細(xì)的框圖；圖4A至4C是說(shuō)明對(duì)2D超聲圖像進(jìn)行圖像分割的結(jié)果的實(shí)例；圖5A至5F示出了自動(dòng)調(diào)節(jié)用于胎兒面部圖像的ROI方框的尺寸的過(guò)程；圖6A示出了用于確定目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓檢測(cè)能力的掩碼；圖6B是說(shuō)明應(yīng)用掩碼的2D超聲圖像的圖；圖7A和7B示出了對(duì)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像執(zhí)行平滑和亮度對(duì)比度的實(shí)例；圖8A和8B示出了對(duì)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像執(zhí)行二值化的實(shí)例；以及圖9A和9B示出了檢測(cè)胎兒圖像的上表面上的輪廓的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖2是說(shuō)明3D超聲診斷設(shè)備中的三維(3D)超聲圖像形成設(shè)備3的示意性框圖，該3D超聲圖像形成設(shè)備3根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成。該3D超聲圖像形成設(shè)備3包括感興趣區(qū)域(ROI)方框產(chǎn)生單元31、第一確定單元33、第二確定單元35、輪廓檢測(cè)單元37和3D圖像處理單元39。當(dāng)安裝在該3D超聲圖像形成設(shè)備3中的控制面板(未示出)的3D按鈕被激活時(shí)，該3D超聲圖像形成設(shè)備3開始工作。
如果用戶激活了該3D按鈕，通過(guò)3D超聲診斷設(shè)備中的探針和束成形器獲取的2D超聲圖像中的一個(gè)則以亮度模式(B-mode)顯示在顯示設(shè)備(未示出)上。根據(jù)本發(fā)明，顯示在顯示設(shè)備上的2D超聲圖像是表示目標(biāo)對(duì)象的一個(gè)中心片層的2D超聲圖像。B-mode表示從目標(biāo)對(duì)象反射的信號(hào)能量以亮度水平進(jìn)行顯示。ROI方框產(chǎn)生單元31在顯示在顯示設(shè)備上的2D超聲圖像上自動(dòng)產(chǎn)生ROI方框。
第一確定單元33確定自動(dòng)產(chǎn)生的ROI方框的尺寸是否適合目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的尺寸。第二確定單元35確定存在于ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的輪廓是否能夠被檢測(cè)。輪廓檢測(cè)單元37檢測(cè)存在于ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的輪廓。3D圖像處理單元39在存儲(chǔ)于體積數(shù)據(jù)獲取單元內(nèi)的體積數(shù)據(jù)中選擇存在于目標(biāo)對(duì)象輪廓中的體積數(shù)據(jù)，并且通過(guò)再現(xiàn)這些體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。
在下文中將通過(guò)參考圖3至5F來(lái)詳細(xì)講述用于在2D超聲圖像上自動(dòng)產(chǎn)生ROI方框的ROI方框產(chǎn)生單元31，該2D超聲圖像顯示在3D超聲診斷設(shè)備的顯示設(shè)備上。
圖3是說(shuō)明圖2的ROI方框產(chǎn)生單元31的詳細(xì)的框圖。如圖3所示，ROI方框產(chǎn)生單元31包括圖像分割單元311、ROI方框設(shè)置單元313和ROI方框調(diào)節(jié)單元315。圖像分割單元311將2D超聲圖像分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和與該目標(biāo)對(duì)象相鄰的背景圖像。ROI方框設(shè)置單元313在2D超聲圖像上設(shè)置具有預(yù)定尺寸的ROI方框，而ROI方框調(diào)節(jié)單元315調(diào)節(jié)該ROI方框的尺寸。
由于在用于形成目標(biāo)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)的2D超聲圖像中存在一些使清楚地顯示3D超聲圖像變得困難的因素(例如斑點(diǎn)噪聲等)，所以應(yīng)首先執(zhí)行用于消除這種因素的程序。圖像處理單元311通過(guò)濾波程序來(lái)消除存在于2D超聲圖像中的斑點(diǎn)噪聲。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)使用一個(gè)Lee濾波器來(lái)執(zhí)行濾波程序，以便只消除斑點(diǎn)噪聲，同時(shí)保留2D超聲圖像中目標(biāo)對(duì)象的邊緣信息。
圖像分割單元311為已消除斑點(diǎn)噪聲的2D超聲圖像的二值化設(shè)置一個(gè)閾值。通過(guò)參考該閾值這樣對(duì)2D超聲圖像進(jìn)行二值化，以致該2D超聲圖像能夠被分割成兩類。由于該2D超聲圖像以B-mode顯示，所以根據(jù)該2D超聲圖像的亮度來(lái)設(shè)置該閾值。例如，如果具有像素值0至255的2D超聲圖像的閾值為“t”，則該2D超聲圖像被分割成具有像素值{0，1，2…，t}的第一類以及具有像素值{t，t+1，t+2，…，255}的第二類。
圖像分割單元311根據(jù)第一二值化閾值t1對(duì)2D超聲圖像執(zhí)行第一分割程序。因此，該2D超聲圖像可以被分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和背景圖像。通過(guò)參考第二閾值t2執(zhí)行針對(duì)通過(guò)第一分割程序被分割出來(lái)的背景圖像的第二分割程序。因此該背景圖像可以被分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和背景圖像。此后，通過(guò)參考第三閾值t3執(zhí)行針對(duì)通過(guò)第二分割程序被分割出來(lái)的背景圖像的第三分割程序，以致于背景圖像最后被分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和背景圖像。由于反復(fù)執(zhí)行這些分割程序，所以圖像分割單元311將2D超聲圖像更清楚地分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和與該目標(biāo)對(duì)象圖像相鄰的背景圖像。在圖像分割單元311中產(chǎn)生的分割圖像的值被輸出到ROI方框調(diào)節(jié)單元315。
圖4A示出了原始的2D超聲圖像。圖4B示出了執(zhí)行了一次圖像分割程序的2D超聲圖像。圖4C示出了執(zhí)行了兩次圖像分割程序的2D超聲圖像。
ROI方框設(shè)置單元313設(shè)置配置有四個(gè)邊界的ROI方框的尺寸，并且將所設(shè)置的ROI方框輸出到ROI方框調(diào)節(jié)單元315，該邊界在最初顯示在顯示設(shè)備上的2D超聲圖像上產(chǎn)生。一般根據(jù)需要以3D超聲圖像顯示的目標(biāo)對(duì)象的類型來(lái)預(yù)先設(shè)置ROI方框的尺寸。
ROI方框調(diào)節(jié)單元315調(diào)節(jié)由ROI方框設(shè)置單元313設(shè)置的ROI方框的尺寸，以適合存在于ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的尺寸。在這段時(shí)間期間，目標(biāo)對(duì)象圖像的特征對(duì)于調(diào)節(jié)ROI方框的尺寸而言變成一個(gè)重要的因素。胎兒是目標(biāo)對(duì)象的一個(gè)例子。胎兒的超聲圖像在頭部和身體之間的邊界處具有一個(gè)凹部，其中頭部的前表面比身體的前表面更彎曲，該頭部的前表面為面部的表面。還存在面部比身體長(zhǎng)的特征。
參考圖5來(lái)描述在ROI方框調(diào)節(jié)單元315中將針對(duì)整個(gè)胎兒的ROI方框的尺寸自動(dòng)調(diào)節(jié)成針對(duì)面部的ROI方框的尺寸的一個(gè)實(shí)例。
首先，如圖4C所示，ROI方框調(diào)節(jié)單元315從經(jīng)圖像分割后的2D超聲圖像中選擇存在于由ROI方框設(shè)置單元313設(shè)置的ROI方框內(nèi)的圖像。如圖5A所示，為所選擇的胎兒圖像設(shè)置一個(gè)二值化閾值，其中通過(guò)參考該閾值而將二值化處理應(yīng)用于所選擇的胎兒圖像。接著，ROI方框調(diào)節(jié)單元315從胎兒圖像的二值化區(qū)域中去除噪聲區(qū)域。因此如圖5B所示檢測(cè)到利用一部分胎兒圖像確定的二值化區(qū)域。更具體地說(shuō)，ROI方框調(diào)節(jié)單元315檢查每個(gè)二值化區(qū)域的亮度并且計(jì)算亮度平均值。當(dāng)二值化區(qū)域的亮度低于亮度平均值時(shí)，該二值化區(qū)域則被認(rèn)為是噪聲區(qū)域并因此被去除。而且即使亮度大于亮度平均值，噪聲區(qū)域也可能存在。因此，ROI方框調(diào)節(jié)單元315在二值化區(qū)域上設(shè)置一個(gè)閾值。同樣地，當(dāng)二值化區(qū)域的一個(gè)像素值低于該閾值時(shí)，該二值化區(qū)域則被認(rèn)為是噪聲區(qū)域并因此被去除。
在從二值化區(qū)域中去除了噪聲區(qū)域之后，ROI方框調(diào)節(jié)單元315為全部像素分配像素值“255”，該全部像素存在于從位于所檢測(cè)到的二值化區(qū)域的上表面上的像素到位于由ROI方框設(shè)置單元313所設(shè)置的ROI方框下邊界上的像素中。因此，可以產(chǎn)生如圖5C所示的胎兒的二值化圖像。接著，ROI方框調(diào)節(jié)單元315如圖5D所示在該二值化圖像上產(chǎn)生表面曲線。然后，ROI方框調(diào)節(jié)單元315搜索該表面曲線上彼此相連的像素中相對(duì)最大的點(diǎn)和相對(duì)最小的點(diǎn)，并且指定對(duì)應(yīng)于胎兒頭部和身體之間凹部的相對(duì)最小的點(diǎn)。
如圖5D所示，在對(duì)應(yīng)于胎兒頭部和身體之間凹部的相對(duì)最小的點(diǎn)被指定為N2之后，ROI方框調(diào)節(jié)單元315指定表面曲線的起始點(diǎn)N1和端點(diǎn)N3。因此，該表面曲線被分割成兩個(gè)區(qū)域[N1，N2]和[N2，N3]。ROI方框調(diào)節(jié)單元315計(jì)算在第一表面曲線區(qū)域[N1，N2]和第二表面曲線區(qū)域[N2，N3]上存在的相對(duì)最大的點(diǎn)的數(shù)量。此外，具有較大數(shù)量的相對(duì)最大的點(diǎn)的區(qū)域被確定為胎兒的面部表面。由于胎兒面部表面彎曲度大比胎兒身體表面彎曲度，所以胎兒面部上的相對(duì)最大的點(diǎn)的數(shù)量大于胎兒身體上的相對(duì)最大的點(diǎn)的數(shù)量。
在確定了胎兒的面部區(qū)域之后，ROI方框調(diào)節(jié)單元315將ROI方框的左邊界移動(dòng)到表面曲線的相對(duì)最大的點(diǎn)N2。因此，ROI方框調(diào)節(jié)單元315自動(dòng)地調(diào)節(jié)由ROI方框設(shè)置單元313所設(shè)置的ROI方框的左/右邊界的位置以適應(yīng)胎兒圖像的面部大小。圖5E示出了一個(gè)實(shí)例，其中設(shè)置在顯示于顯示設(shè)備上的2D超聲圖像上的ROI方框的左/右邊界由ROI方框調(diào)節(jié)單元315自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在為胎兒面部圖像調(diào)節(jié)了ROI方框的左/右邊界之后，ROI方框調(diào)節(jié)單元315為存在于調(diào)節(jié)后的ROI方框內(nèi)的胎兒面部圖像執(zhí)行二值化、噪聲區(qū)域去除、二值化圖像產(chǎn)生和表面曲線產(chǎn)生程序。為了從胎兒圖像中產(chǎn)生二值化圖像，R0I方框調(diào)節(jié)單元315給由從胎兒面部圖像中檢測(cè)到的二值化區(qū)域的最左邊的表面到調(diào)節(jié)后的ROI方框的右邊界而存在的全部像素分配像素值“255”。
ROI方框調(diào)節(jié)單元315將ROI方框的上邊界朝著ROI方框的下邊界移動(dòng)，直到上邊界與表面曲線接觸。然后其將上邊界與表面曲線接觸的位置確定為ROI方框的上邊界位置。同樣地，ROI方框調(diào)節(jié)單元315將ROI方框的下邊界朝著ROI方框的上邊界移動(dòng)，直到下邊界到達(dá)表面曲線。然后其將ROI方框的下邊界與表面曲線接觸的位置確定為ROI方框的下邊界位置。圖5F示出了一個(gè)實(shí)例，其中在2D超聲圖像上所設(shè)置的ROI方框最后由ROI方框調(diào)節(jié)單元315針對(duì)胎兒面部圖像而調(diào)節(jié)。
為了簡(jiǎn)便起見，雖然針對(duì)胎兒圖像描述了ROI方框產(chǎn)生單元31中的ROI方框調(diào)節(jié)程序，但是顯而易見的是，通過(guò)根據(jù)上述ROI方框調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)ROI方框的邊界，可以調(diào)節(jié)在2D超聲圖像的任意目標(biāo)對(duì)象上所設(shè)置的ROI方框的尺寸以適合任意目標(biāo)對(duì)象的尺寸。
圖2所示的第一確定單元33確定在ROI方框產(chǎn)生單元31中產(chǎn)生的ROI方框的尺寸對(duì)目標(biāo)對(duì)象圖像而言的適宜性。一般對(duì)相同類型的目標(biāo)對(duì)象圖像而言從ROI方框產(chǎn)生單元31中產(chǎn)生的ROI方框具有相似的尺寸。因此，第一確定單元33從構(gòu)造在3D超聲診斷系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器(沒有示出)中選擇標(biāo)準(zhǔn)直方圖中的一個(gè)，該標(biāo)準(zhǔn)直方圖預(yù)先為每種類型的目標(biāo)對(duì)象圖像所設(shè)置。然后計(jì)算為目標(biāo)對(duì)象圖像所選擇的一個(gè)直方圖和多個(gè)直方圖的均方誤差值，該目標(biāo)對(duì)象圖像存在于從ROI方框產(chǎn)生單元31輸入的ROI方框內(nèi)。
結(jié)果，如果所計(jì)算的均方誤差值大于以前預(yù)定的值，第一確定單元33則確定從ROI方框產(chǎn)生單元31中產(chǎn)生的ROI方框的尺寸是不適當(dāng)?shù)模谑峭Ｖ?D超聲診斷系統(tǒng)的操作。此后，其通知用戶所產(chǎn)生的ROI方框的尺寸是不適當(dāng)?shù)?。另一方面，如果所?jì)算的均方誤差值小于預(yù)定的值，第一確定單元33則確定從ROI方框產(chǎn)生單元31中產(chǎn)生的ROI方框的尺寸是適當(dāng)?shù)?。然后，其將從ROI方框產(chǎn)生單元31輸入的2D超聲圖像輸出給第二確定單元35。從ROI方框產(chǎn)生單元31輸入的ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像的直方圖被發(fā)送給存儲(chǔ)器以更新目標(biāo)對(duì)象圖像的標(biāo)準(zhǔn)直方圖。
圖2所示的第二確定單元35確定是否能檢測(cè)到ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓。也即，當(dāng)?shù)诙_定單元35確定ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓檢測(cè)的可能性時(shí)，其提高用于在3D超聲診斷系統(tǒng)中顯示3D超聲圖像的功率。因?yàn)槌暤奈蘸头瓷涓鶕?jù)目標(biāo)對(duì)象(例如胎兒以及包圍胎兒的羊水)的每部分而不用，所以由于清楚地表示亮度差別的邊緣效應(yīng)而在2D超聲圖像的目標(biāo)對(duì)象中形成邊界。第二確定單元35基于邊緣效應(yīng)確定目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)的可能性。
圖6A示出了用于確定是否能檢測(cè)2D超聲圖像的輪廓的掩碼。圖6B示出了應(yīng)用圖6A的掩碼的超聲圖像。通常使用配置有3×3的像素的掩碼以檢測(cè)2D超聲圖像中目標(biāo)對(duì)象的邊界。在設(shè)計(jì)2D超聲圖像的掩碼時(shí)，(1)對(duì)應(yīng)于黑暗部分的像素值被設(shè)置為“-1”，(2)對(duì)應(yīng)于明亮部分的像素值被設(shè)置為“1”，以及(3)形成黑暗部分和明亮部分之間的邊界的像素值被設(shè)置為“0”。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使用如圖6A所示的、配置有擴(kuò)展了形成邊界的像素區(qū)域的5×5像素的掩碼。構(gòu)成掩碼的像素的大小與構(gòu)成2D超聲圖像的像素的大小相同。
第二確定單元35通過(guò)使位于掩碼(圖6A所示)中心的像素與在與從ROI方框的上邊界到胎兒面部圖像的一半的一部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域“A”中存在的所有像素一一匹配來(lái)檢測(cè)形成邊界的像素。只對(duì)(從ROI方框的上邊界到胎兒面部圖像的一半)這樣的部分執(zhí)行形成邊界的像素的檢測(cè)程序是為了提高檢測(cè)速度并且防止在不期望的區(qū)域產(chǎn)生邊緣區(qū)域。
更具體地說(shuō)，5×5的掩碼的中心像素首先與區(qū)域“A”中存在的一個(gè)任意像素匹配。接著，第二確定單元35在區(qū)域“A”中選擇分布在該任意像素附近并且與構(gòu)成5×5的掩碼的像素一一匹配的像素。此后，第二確定單元35將所選擇的像素的像素值分別與構(gòu)成5×5的掩碼的像素的像素值、即“-1”、“1”或“0”相乘。然后其計(jì)算產(chǎn)生的值的總和，以便第二確定單元35最后將總值確定為該任意像素的新像素值，該任意像素存在于區(qū)域“A”中并且與5×5的掩碼的中心像素匹配。第二確定單元35將上述程序應(yīng)用于區(qū)域“A”中存在的所以像素并且確定形成目標(biāo)對(duì)象的邊界的像素，該目標(biāo)對(duì)象具有像素值超過(guò)最新確定的像素值中預(yù)定的像素值的像素。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)應(yīng)于最新確定的像素值中高等級(jí)的20％的像素被確定為表示邊緣像素的參考像素。
在檢測(cè)出形成邊界的像素之后，第二確定單元35計(jì)算邊界像素的數(shù)量與構(gòu)成區(qū)域“A”的所有像素的數(shù)量的比率以及形成邊界的像素的方差。此后，該比率以及方差被應(yīng)用于下列等式1，以便第二確定單元35確定目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)的可能性。
Di＝αR1i+βR2iEq.1其中，i是被輸入到第二確定單元35中的相同類型目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的數(shù)量，Di是表示輪廓檢測(cè)可能性的確定數(shù)值，R1i是邊界像素的數(shù)量與構(gòu)成區(qū)域“A”的所有像素的數(shù)量的比率，以及R2i是形成邊界的像素的方差。α和β是等式、例如等式1的系統(tǒng)，其通過(guò)相同類型目標(biāo)對(duì)象的各種2D超聲圖像的輪廓檢測(cè)試驗(yàn)獲得。
特別地，第二確定單元從構(gòu)造在3D超聲診斷系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器中選擇相同類型目標(biāo)對(duì)象的各種2D超聲圖像。第二確定單元35為其輪廓能夠被檢測(cè)的2D超聲圖像賦予一個(gè)確定值“1”。其還為所選擇的2D超聲圖像中其輪廓不能被檢測(cè)的2D超聲圖像賦予一個(gè)確定值“0”。當(dāng)在下列等式2中定義的均方誤差值通過(guò)使用從存儲(chǔ)器中選擇的每個(gè)2D超聲圖像的確定值以及比率R1i和R2i而被最小化時(shí)，第二確定單元35計(jì)算α和β。
ϵ=Σi(Di-(αR1i+βR2i))2---Eq.2]]>為了使均方誤差值最小化，第二確定單元35對(duì)α和β的等式2執(zhí)行偏微分。在執(zhí)行偏微分的等式的產(chǎn)生值變成“0”的情況下，α和β被確定為等式1的系數(shù)。第二確定單元35將R1i、R2I、α和β應(yīng)用于等式1，以便通過(guò)第一確定單元33輸入的ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像的確定值能夠被計(jì)算。最后，第二確定單元35確定當(dāng)所計(jì)算的確定值大于預(yù)定的設(shè)置值時(shí)能夠檢測(cè)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓。然后，所輸入的2D超聲圖像被輸出到(圖2中所示的)輪廓檢測(cè)單元37。另一方面，當(dāng)所計(jì)算的確定值小于預(yù)定的設(shè)置值時(shí)，第二確定單元35確定不能檢測(cè)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓并且停止3D超聲診斷系統(tǒng)的操作。此后，第二確定單元35通知用戶不能檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓。
為了簡(jiǎn)便起見，描述了通過(guò)檢測(cè)在ROI方框的上邊界和胎兒面部圖像之間存在的邊界像素來(lái)確定胎兒面部圖像上表面的輪廓檢測(cè)可能性的程序。然而，根據(jù)上述程序，應(yīng)檢測(cè)在ROI方框的底、左和右邊界和胎兒面部圖像之間存在的邊界像素，以便確定胎兒面部圖像的輪廓檢測(cè)可能性。針對(duì)這樣的程序，應(yīng)使用轉(zhuǎn)換圖6A的5×5掩碼的像素值的掩碼。也即，針對(duì)ROI方框的底邊界，應(yīng)使用一個(gè)掩碼，其中位于(圖6A中所示的)5×5掩碼的第一行42的像素值為“-1”并且位于第五行44的像素值為“1”。針對(duì)ROI方框的左邊界，應(yīng)使用一個(gè)掩碼，其中位于(圖6A中所示的)5×5掩碼的第一列46的像素值為“-1”并且位于第五列48的像素值為“1”。同樣地，針對(duì)ROI方框的右邊界，應(yīng)使用一個(gè)掩碼，其中位于(圖6A中所示的)5×5掩碼的第一列46的像素值為“1”并且位于第五列48的像素值為“-1”。
由于根據(jù)上述程序執(zhí)行用于確定胎兒面部圖像的底、左和右表面的輪廓檢測(cè)可能性的程序，所以在此將省略詳細(xì)的說(shuō)明。而且上述用于確定輪廓檢測(cè)可能性的確定程序也可應(yīng)用于任意的目標(biāo)對(duì)象。
(圖2中所示的)輪廓檢測(cè)單元37檢測(cè)從第二確定單元35輸入的、ROI方框中存在的目標(biāo)對(duì)象的輪廓。首先，為了補(bǔ)償不具有足夠亮度對(duì)比度的目標(biāo)對(duì)象的缺陷，輪廓檢測(cè)單元37經(jīng)由通過(guò)使用Lee濾波器等去除存在于ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象中的斑點(diǎn)噪聲來(lái)執(zhí)行目標(biāo)對(duì)象的平滑。此后，通過(guò)給構(gòu)成ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象圖像的像素提供在等式3中定義的像素值來(lái)執(zhí)行目標(biāo)對(duì)象的亮度對(duì)比度縮放。
F(x)=0forx≤low255×(x-low)(high-low)forlow<x<high255forhigh≤x---Eq.3]]>其中，F(xiàn)(x)是由輪廓檢測(cè)單元37提供的新像素值，x是構(gòu)成從第二確定單元35輸入的目標(biāo)對(duì)象圖像的像素的老像素值，“l(fā)ow”是從第二確定單元35輸入的目標(biāo)對(duì)象的直方圖低范圍中的臨界值，以及“high”是從第二確定單元35輸入的目標(biāo)對(duì)象的直方圖高范圍中的臨界值。
圖7A和7B表出說(shuō)明在輪廓檢測(cè)單元37中對(duì)ROI方框中的目標(biāo)對(duì)象執(zhí)行平滑和亮度對(duì)比度縮放的結(jié)果的實(shí)例，該ROI方框是以前設(shè)置的。
下面將描述用于檢測(cè)胎兒圖像的輪廓的程序。
輪廓檢測(cè)單元37為ROI方框中的胎兒圖像設(shè)置一個(gè)二值化閾值，并且通過(guò)作為參考的所設(shè)置的二值化閾值而執(zhí)行胎兒圖像的二值化。接著，輪廓檢測(cè)單元37通過(guò)從胎兒圖像的二值化區(qū)域中去除噪聲區(qū)域來(lái)檢測(cè)被確定為一部分胎兒圖像的區(qū)域。也即，輪廓檢測(cè)單元37檢查二值化區(qū)域的亮度值并計(jì)算其平均值。在二值化區(qū)域中，如果二值化區(qū)域的亮度值小于平均亮度值，則該二值化區(qū)域被視為噪聲區(qū)域并因此被去除。而且即使亮度值大于平均亮度值，由于噪聲區(qū)域也可能存在，所以輪廓檢測(cè)單元37為二值化區(qū)域的尺寸設(shè)置一個(gè)閾值。因此，如果二值化區(qū)域的尺寸小于該閾值，則該二值化區(qū)域被視為噪聲區(qū)域并因此被去除。圖8A和8B表示說(shuō)明在輪廓檢測(cè)單元37中對(duì)ROI方框中的胎兒圖像執(zhí)行二值化并從二值化區(qū)域中去除噪聲區(qū)域的結(jié)果的實(shí)例。
下面考慮圖9來(lái)說(shuō)明在輪廓檢測(cè)單元37中執(zhí)行的輪廓檢測(cè)程序。如果如圖8B所示產(chǎn)生胎兒圖像的二值化區(qū)域，輪廓檢測(cè)單元37則將(沒有示出的)ROI方框的上邊界朝著(沒有示出的)下邊界移動(dòng)，以便檢測(cè)出胎兒圖像的輪廓。接著，輪廓檢測(cè)單元37提取對(duì)應(yīng)于與ROI方框上邊界接觸的二值化區(qū)域的上表面的像素，并將所提取的像素與相鄰像素相互連接。由于在胎兒圖像的頭部和身體之間存在一個(gè)深的凹部，所以獲得如圖9A所示的胎兒圖像的上表面的輪廓。如果檢測(cè)到如圖9A所示的分離的輪廓，輪廓檢測(cè)單元37則連接這些輪廓以由此獲得最終的輪廓。圖9B示出了一個(gè)實(shí)例，其將檢測(cè)到的輪廓應(yīng)用于在顯示設(shè)備上顯示的2D超聲圖像。
為了簡(jiǎn)便起見，只描述了胎兒圖像上表面的輪廓檢測(cè)程序。同樣地，通過(guò)將上述程序應(yīng)用于底、左和右邊界可以檢測(cè)底、左和后表面的輪廓。最后，輪廓檢測(cè)單元37輸出2D超聲圖像，在該2D超聲圖像中從胎兒圖像中檢測(cè)到的輪廓被顯示給(如圖2所示的)3D圖像處理單元39。
3D圖像處理單元39通過(guò)只再現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。針對(duì)這種程序，3D圖像處理單元39從存儲(chǔ)在(沒有示出的)電壓數(shù)據(jù)獲取單元中的電壓數(shù)據(jù)中選擇對(duì)應(yīng)于由輪廓所包圍的目標(biāo)對(duì)象的體積數(shù)據(jù)，該輪廓由輪廓檢測(cè)單元37輸入。接著，3D圖像處理單元39對(duì)所選擇的體積數(shù)據(jù)執(zhí)行掃描轉(zhuǎn)換，然后應(yīng)用典型的容積再現(xiàn)程序，以便3D超聲圖像能夠被更精確地顯示。
如上所述，由于ROI方框是自動(dòng)產(chǎn)生的并且該ROI方框中存在的目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓是自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)的，所以ROI方框產(chǎn)生和目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓檢測(cè)的時(shí)間消耗能夠被減少。而且由于自動(dòng)產(chǎn)生的ROI方框的尺寸的適宜性以及從ROI方框內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象圖像中檢測(cè)輪廓的可能性是確定的，所以由體積數(shù)據(jù)再現(xiàn)和目標(biāo)對(duì)象圖像的輪廓檢測(cè)產(chǎn)生的誤差能夠被減少。同樣地，更精確的目標(biāo)對(duì)象的3D超聲圖像可提供給3D超聲診斷系統(tǒng)的用戶。
雖然已根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述和解釋了本發(fā)明，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言顯而易見的是在不偏離本發(fā)明的主要原理和技術(shù)啟示的情況下可以進(jìn)行改變和修改，本發(fā)明的主要原理和技術(shù)啟示應(yīng)只由所附的權(quán)利要求的范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于形成三維(3D)超聲圖像的設(shè)備，包括第一裝置，用于在2D超聲圖像上產(chǎn)生感興趣區(qū)域(ROI)方框；第二裝置，用于檢測(cè)該RIO方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓；以及第三裝置，用于通過(guò)再現(xiàn)存在于檢測(cè)到的輪廓中的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括第一確定裝置，用于確定ROI方框的尺寸是否適合目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的尺寸。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，還包括第二確定裝置，用于確定目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的輪廓是否可檢測(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一裝置包括第一單元，用于將2D超聲圖像分割成目標(biāo)對(duì)象圖像和背景圖像；第二單元，用于根據(jù)2D超聲圖像上的目標(biāo)對(duì)象的類型來(lái)設(shè)置具有預(yù)定尺寸的ROI方框；以及第三單元，用于調(diào)節(jié)該ROI方框的尺寸以適合目標(biāo)對(duì)象的尺寸。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中第三單元執(zhí)行以下功能在執(zhí)行了ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的二值化之后，去除目標(biāo)對(duì)象圖像的二值化區(qū)域中的噪聲區(qū)域；通過(guò)為二值化區(qū)域提供預(yù)定的像素值而產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的二值化圖像以及二值化圖像的表面曲線；以及通過(guò)將每個(gè)邊界移動(dòng)至最靠近該表面曲線的像素來(lái)調(diào)節(jié)ROI方框的邊界。
6.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中第一確定裝置通過(guò)計(jì)算針對(duì)目標(biāo)對(duì)象的每種類型的2D目標(biāo)對(duì)象圖像的、預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)直方圖和針對(duì)ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的直方圖的均方誤差值來(lái)確定ROI方框的尺寸是否合適。
7.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第二確定裝置執(zhí)行以下功能通過(guò)使一種預(yù)定類型的掩碼的像素與ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的像素一一匹配來(lái)提取形成目標(biāo)對(duì)象邊界的像素；通過(guò)根據(jù)以下等式應(yīng)用邊界像素的數(shù)量與和掩碼一一匹配的所有像素的數(shù)量的比率以及形成邊界的像素的方差來(lái)確定目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)的可能性Di＝αR1i+βR2i其中，i是先前存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的相同類型目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的數(shù)量，Di是表示輪廓檢測(cè)可能性的確定數(shù)值，R1i是邊界像素的數(shù)量與和掩碼一一匹配的所有像素的數(shù)量的比率，以及R2i是形成邊界的像素的方差，以及其中通過(guò)相同類型目標(biāo)對(duì)象的各種2D超聲圖像的輪廓檢測(cè)試驗(yàn)獲得的系數(shù)α和β是當(dāng)在以下等式中定義的均方誤差值最小化時(shí)的值ϵ=Σi(Di-(αR1i+βR2i))2]]>其中為了使均方誤差值最小化，針對(duì)每個(gè)α和β執(zhí)行均方誤差值的偏微分，以及其中當(dāng)產(chǎn)生的偏微分值為“0”時(shí)α和β被確定為系數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第二裝置執(zhí)行以下功能執(zhí)行目標(biāo)對(duì)象圖像的亮度對(duì)比度縮放，以便使RIO方框中的目標(biāo)對(duì)象有足夠的亮度對(duì)比度；在執(zhí)行了RIO方框中目標(biāo)對(duì)象的二值化之后，從目標(biāo)對(duì)象的二值化區(qū)域中去除噪聲區(qū)域；提取在二值化區(qū)域的表面內(nèi)存在的像素，該二值化區(qū)域的表面通過(guò)調(diào)節(jié)RIO方框邊界而與RIO方框邊界接觸；以及通過(guò)連接所提取的像素來(lái)檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的輪廓。
9.一種用于形成三維(3D)超聲圖像的方法，包括以下步驟a)在2D超聲圖像上產(chǎn)生感興趣區(qū)域(ROI)方框；b)檢測(cè)該RIO方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓；以及c)通過(guò)再現(xiàn)存在于檢測(cè)到的輪廓中的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟，即確定ROI方框的尺寸是否適合目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的尺寸。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括以下步驟，即確定目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的輪廓是否可檢測(cè)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟a)包括以下步驟a1)將2D超聲圖像分割成目標(biāo)對(duì)象圖像以及與目標(biāo)對(duì)象相鄰的背景圖像；a2)在2D超聲圖像上設(shè)置具有預(yù)定尺寸的ROI方框；以及a3)調(diào)節(jié)該ROI方框的尺寸以適合目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的尺寸。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中步驟a3)包括以下步驟a3-1)在執(zhí)行了ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的二值化之后，去除目標(biāo)對(duì)象圖像的二值化區(qū)域中的噪聲區(qū)域；a3-2)通過(guò)為二值化區(qū)域提供預(yù)定的像素值而產(chǎn)生目標(biāo)對(duì)象的二值化圖像以及二值化圖像的表面曲線；以及a3-3)通過(guò)將每個(gè)邊界移動(dòng)至最靠近該表面曲線的像素來(lái)調(diào)節(jié)ROI方框的邊界。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中步驟d)包括以下步驟，即通過(guò)計(jì)算針對(duì)目標(biāo)對(duì)象的每種類型的2D目標(biāo)對(duì)象圖像的、預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)直方圖和針對(duì)ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的直方圖的均方誤差值來(lái)確定ROI方框的尺寸。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟e)包括以下步驟e1)通過(guò)使一種預(yù)定類型的掩碼的像素與ROI方框中目標(biāo)對(duì)象圖像的像素一一匹配來(lái)提取形成目標(biāo)對(duì)象邊界的像素；e1)通過(guò)根據(jù)以下等式應(yīng)用邊界像素的數(shù)量與和掩碼一一匹配的所有像素的數(shù)量的比率以及形成邊界的像素的方差來(lái)確定目標(biāo)對(duì)象的輪廓檢測(cè)的可能性Di＝αR1i+βR2i其中，i是先前存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的相同類型目標(biāo)對(duì)象的2D超聲圖像的數(shù)量，Di是表示輪廓檢測(cè)可能性的確定數(shù)值，R1i是邊界像素的數(shù)量與和掩碼一一匹配的所有像素的數(shù)量的比率，以及R2i是形成邊界的像素的方差，以及其中通過(guò)相同類型目標(biāo)對(duì)象的各種2D超聲圖像的輪廓檢測(cè)試驗(yàn)獲得的系數(shù)α和β是當(dāng)在以下等式中定義的均方誤差值最小化時(shí)的值ϵ=Σi(Di-(αR1i+βR2i))2]]>其中為了使均方誤差值最小化，針對(duì)每個(gè)α和β執(zhí)行均方誤差值的偏微分，以及其中當(dāng)所產(chǎn)生的偏微分值為“0”時(shí)α和β被確定為系數(shù)。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中步驟b)包括以下步驟b1)執(zhí)行目標(biāo)對(duì)象圖像的亮度對(duì)比度縮放，以便使RIO方框中的目標(biāo)對(duì)象有足夠的亮度對(duì)比度；b2)在執(zhí)行了RIO方框中目標(biāo)對(duì)象的二值化之后，從目標(biāo)對(duì)象的二值化區(qū)域中去除噪聲區(qū)域；b3)提取在二值化區(qū)域的表面內(nèi)存在的像素，該二值化區(qū)域的表面通過(guò)調(diào)節(jié)RIO方框邊界而與RIO方框邊界接觸；以及b4)通過(guò)連接所提取的像素來(lái)檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的輪廓。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的輪廓而只利用該輪廓內(nèi)存在的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像的3D超聲診斷，包括第一單元，用于在2D超聲圖像上產(chǎn)生感興趣區(qū)域(ROI)方框；第二單元，用于檢測(cè)該RIO方框中的目標(biāo)對(duì)象的輪廓；以及第三單元，用于通過(guò)再現(xiàn)存在于檢測(cè)到的輪廓中的體積數(shù)據(jù)來(lái)形成3D超聲圖像。
文檔編號(hào)G06T15/08GK1676104SQ200510006818
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者沈載允, 郭炳周, 金南哲, 金祥鉉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社美蒂森