專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲圖像清晰度提升方法
一種超聲圖像清晰度提升方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)超聲成像顯示技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超聲圖像清晰度提升方法，具 體地說(shuō)，涉及一種醫(yī)學(xué)超聲圖像質(zhì)量的對(duì)比度與細(xì)節(jié)分辨率提升的方法。
背景技術(shù)：
醫(yī)學(xué)超聲影像因其對(duì)人體無(wú)損傷、非侵入、成像方式多種多樣、檢查費(fèi)用低、實(shí)時(shí) 性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷的各個(gè)領(lǐng)域；特別是二維B模式影像，可提供人體組織 結(jié)構(gòu)在不同病理狀態(tài)下的切面斷層信息，能較為準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)人體組織中較深處微小病變， 已成為醫(yī)學(xué)檢查的首選項(xiàng)目。超聲成像是基于超聲波的成像技術(shù)，以聲學(xué)為物理基礎(chǔ)。受 聲學(xué)物理特性的影響，如散射及干涉、組織聲衰減及不同傳播速度，加之不可避免的系統(tǒng)電 子噪聲等多種因素共同作用，超聲影像相比與自然圖像表現(xiàn)出較差的對(duì)比分辨率、細(xì)節(jié)分 辨率及亮度均勻一致性，給超聲醫(yī)師的臨床診斷工作帶來(lái)困難。
為了更好地提供清晰圖像，對(duì)比度提升，圖像增強(qiáng)等后處理操作是必須的，按處理 方法可以分為線性濾波和非線性濾波，按處理域可以分為空域方法和頻域方法?？沼蚍椒?是直接在圖像上對(duì)象元進(jìn)行處理；頻域方法的基礎(chǔ)是卷積定理。對(duì)比度小的圖像，表現(xiàn)為灰 度動(dòng)態(tài)范圍小，對(duì)某一段范圍的灰度進(jìn)行拉伸變換，增加灰度動(dòng)態(tài)范圍。圖像的灰度動(dòng)態(tài)范 圍很大，而顯示設(shè)備的顯示能力不夠，常用的方法是對(duì)數(shù)壓縮，調(diào)整圖像的動(dòng)態(tài)范圍，或?yàn)?突出某一灰度級(jí)采用灰度級(jí)切片。直方圖均衡化方法單純從像素上提升，尋找一個(gè)灰度變 換，使得變換后圖像在每一灰度級(jí)的像素個(gè)數(shù)都相同不能保證組織的真實(shí)性。自然圖像對(duì) 比度增強(qiáng)中，采用一系列技術(shù)去改善圖像的視覺(jué)效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或 機(jī)器進(jìn)行分析處理的形式。
結(jié)合圖像對(duì)比度提升，與超聲醫(yī)學(xué)影像成像特點(diǎn)，我們知道，醫(yī)學(xué)超聲成像中探頭 接收的回波信號(hào)主要由組織對(duì)探頭所發(fā)射的超聲波反射與散射信號(hào)等所形成，利用接收到 的信號(hào)形成圖像，從而判別組織結(jié)構(gòu)及其中可能的病變。復(fù)雜的醫(yī)學(xué)超聲圖像被各種模型 與算法所描述，但由于組織本來(lái)的復(fù)雜性，噪聲的影響，沒(méi)有一種方法能完全準(zhǔn)確的描述身 體內(nèi)組織情況，我們只能無(wú)限去接近它，噪聲對(duì)圖像的影響就好比給圖像蒙上一層紗布，從 而使圖像對(duì)比靈敏度下降。醫(yī)學(xué)超聲圖像的顯示應(yīng)用中，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)超聲診斷儀設(shè)備的后 處理中，常常加入時(shí)間復(fù)合，空間復(fù)合，頻率復(fù)合，平滑，聲速衰減補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)后處理，在提 高顯示圖像信噪比的同時(shí)，會(huì)使得超聲圖像蒙上一層更重的紗布似的“霧”，從而影響對(duì)比 度與細(xì)節(jié)分辨率。噪聲和邊緣都表現(xiàn)為圖像上灰度變化劇烈的區(qū)域。平滑噪聲的時(shí)候也模 糊了邊緣，增強(qiáng)邊緣的同時(shí)也強(qiáng)化了噪聲，這是一個(gè)基本的矛盾。為提高顯示對(duì)比度，非線 性對(duì)比拉升技術(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù),指數(shù)函數(shù),伽馬函數(shù)，Sigmoid函數(shù)(S形狀)等自然圖像對(duì)比 度提高的處理方法常用于優(yōu)化醫(yī)學(xué)超聲圖像，或是一些從人眼視覺(jué)感知上提升圖像對(duì)比度 的方法，總體而言，這些方法僅是從像素上去提高圖像質(zhì)量，幾乎沒(méi)涉及到醫(yī)學(xué)超聲成像原 理。
當(dāng)目標(biāo)物遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，微小結(jié)構(gòu)中散射起主要作用，生物組織內(nèi)的散射主要由組織結(jié)構(gòu)的大小和聲學(xué)特性決定。在醫(yī)學(xué)超聲圖像的顯示中，通常自適應(yīng)調(diào)節(jié)最強(qiáng)的邊界或高強(qiáng)度值接近飽和值(例如，在8位數(shù)字表達(dá)中，使用255值)，這樣能獲得更豐富的對(duì)比度且便于醫(yī)生區(qū)分組織中病變。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)缺陷，提供一種超聲圖像清晰度提升方法，該方法基于超聲成像中散射與反射模型，借助自然圖像中降質(zhì)模型中提高對(duì)比度方法進(jìn)行求解，恢復(fù)強(qiáng)邊緣或高密度區(qū)的反射信號(hào)，對(duì)于不同亮度區(qū)域，選擇不同等級(jí)曲線降低散射影響，從而獲取更高對(duì)比度的清晰圖像，提高診斷準(zhǔn)確性。本發(fā)明尤其對(duì)于血管，胎兒羊水的等液性物質(zhì)與組織的分界處，加強(qiáng)邊界輪廓及增強(qiáng)組織內(nèi)部小細(xì)節(jié)的識(shí)別，通過(guò)本發(fā)明方法處理提供高分辨率的圖像，從而更好地輔助醫(yī)生診斷。
其技術(shù)方案為
一種超聲圖像清晰度提升方法，包括如下步驟
I)根據(jù)當(dāng)前圖像性能分析，進(jìn)行對(duì)比度判定，是否需要清晰度提升處理，其中包括計(jì)算主要圖像區(qū)域的均值與邊緣數(shù)計(jì)算，對(duì)比度判定包括以下步驟
a)計(jì)算出主要組織部位區(qū)域的像素均值；
b)統(tǒng)計(jì)表明一幅圖像如果有更強(qiáng)的對(duì)比度，將會(huì)產(chǎn)生更多的邊緣數(shù)，計(jì)算出組織部位區(qū)域的邊緣數(shù)；
c)綜合均值與邊緣數(shù)的信息得出對(duì)比度判定
2)根據(jù)超聲圖像形成特性，設(shè)定窗口的大小；
根據(jù)采集當(dāng)前圖像系統(tǒng)設(shè)定的深度，超聲頻率，選擇合理窗口大小
Scx = O. 87 λ z/D
Scz = O. 9IC0/Af
式中，S。,，Sra，分別為橫向單元大小與縱向單元的大小，λ是波長(zhǎng)，(λ = C0/Fc), z 為采集圖像深度，D是超聲波束形成時(shí)所激活的探頭孔徑，C0是聲速，(例如，1. 54mm/ μ s)， Fc是中心頻率，Δ f,通過(guò)FeXbandwidth,“bandwidth”是帶寬，以探頭發(fā)射頻率為基礎(chǔ)的一個(gè)分?jǐn)?shù)(例如80% );
3)按照設(shè)定窗口大小對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行遍歷，在窗口內(nèi)取最小值，獲取塊區(qū)域內(nèi)暗元素；
4)形成塊區(qū)域內(nèi)暗元素圖，便于查看特性，并進(jìn)行優(yōu)化；
5)通過(guò)塊區(qū)域內(nèi)暗元素圖，計(jì)算出散射與強(qiáng)反射分界的A值；
6)構(gòu)建與區(qū)域像素亮度對(duì)應(yīng)的減函數(shù)等級(jí)，由此得到ω ；
7)通過(guò)前面步驟2)，3)，5)，6)操作，利用公式
權(quán)利要求
1.一種超聲圖像清晰度提升方法，其特征在于，包括如下步驟 1)根據(jù)當(dāng)前圖像性能分析，進(jìn)行對(duì)比度判定，是否需要清晰度提升處理，其中包括計(jì)算主要圖像區(qū)域的均值與邊緣數(shù)計(jì)算，對(duì)比度判定包括以下步驟 a)計(jì)算出主要組織部位區(qū)域的像素均值； b)統(tǒng)計(jì)表明一幅圖像如果有更強(qiáng)的對(duì)比度，將會(huì)產(chǎn)生更多的邊緣數(shù)，計(jì)算出組織部位區(qū)域的邊緣數(shù)； c)綜合均值與邊緣數(shù)的信息得出對(duì)比度判定 2)根據(jù)超聲圖像形成特性，設(shè)定窗口的大??； 根據(jù)采集當(dāng)前圖像系統(tǒng)設(shè)定的深度，超聲頻率，選擇合理窗口大小Scx = O. 87 λ z/DScz = 0.91C0/Af 式中，Scx, Sra，分別為橫向單元大小與縱向單元的大小，λ是波長(zhǎng)，(λ = C0/Fc), z為采集圖像深度，D是超聲波束形成時(shí)所激活的探頭孔徑，Ctl是聲速，F(xiàn)。是中心頻率，Af，通過(guò)FeXbandwidth, “bandwidth”是帶寬，以探頭發(fā)射頻率為基礎(chǔ)的一個(gè)分?jǐn)?shù)； 3)按照設(shè)定窗口大小對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行遍歷，在窗口內(nèi)取最小值，獲取塊區(qū)域內(nèi)暗元素； 4)形成塊區(qū)域內(nèi)暗元素圖，便于查看特性，并進(jìn)行優(yōu)化； 5)通過(guò)塊區(qū)域內(nèi)暗元素圖，計(jì)算出散射與強(qiáng)反射分界的A值； 6)構(gòu)建與區(qū)域像素亮度對(duì)應(yīng)的減函數(shù)等級(jí)，由此得到ω； 7)通過(guò)前面步驟2)，3)，5)，6)操作，利用公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲圖像清晰度提升方法，其特征在于，步驟2)中所述超聲圖像形成特性是指圖像采集深度，中心頻率，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(Point Spread Function, PSF),視覺(jué)感知最小區(qū)分對(duì)比度大小。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲圖像清晰度提升方法，設(shè)計(jì)了一種基于超聲成像中散射與反射模型，結(jié)合自然圖像降質(zhì)模型中提高對(duì)比度方法求解，恢復(fù)強(qiáng)邊緣或高密度區(qū)的反射信號(hào)，對(duì)于不同亮度區(qū)域，選擇不同等級(jí)曲線控制散射影響，從而獲取更高對(duì)比度的清晰圖像。本發(fā)明提供一種具有更高清晰度的醫(yī)學(xué)超聲圖像顯示方法，尤其對(duì)于血管，胎兒羊水的等液性物質(zhì)與組織的分界處，加強(qiáng)邊界輪廓及增強(qiáng)組織內(nèi)部小細(xì)節(jié)的識(shí)別，通過(guò)本發(fā)明方法處理提供高分辨率的圖像，從而更好地輔助醫(yī)生診斷。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103034979SQ20121050097
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者郭德全, 佘躍, 王立, 劉東權(quán) 申請(qǐng)人:聲泰特(成都)科技有限公司