专利名称：三维或四维超声图像自动优化调节方法
技术领域：
本发明涉及一种超声图像增益优化方法，尤其是一种三维或四维超声图像自动优化调节方法。
背景技术：
超声波在人体内传播时，随着传播距离的加深，反射回来的超声信号会减少，使超声图像沿深度方向呈现亮度不均勻的现象，这使得对医生诊断起着重要作用的软组织也往往不能够清晰准确地显示。为了得到优质的超声图像便于医生诊断，我们需要采取增益补偿措施，使损耗的图像增益得到较好的补偿以达到一个亮度均勻的超声图像。
在超声诊断设备中对图像增益的补偿，一般是针对深度方向上进行补偿，称为 DGC(Depth Gain Compensation，深度增益补偿)，由于随着深度的增大，扫描时间也相应地增加，所以也称为TGC (Time Gain Compensation,时间增益补偿)，在后面的叙述中均以TGC 表述。常用的TGC调节一般采用多段(包括但不仅限于8段、16段、M段等)电位器调整不同深度的放大倍数。以8段TGC为例，其TGC曲线由7段直线拼接而成，其8个折点的端点值可以由控制面板上的8段TGC电位器值决定，中间值由两端增益值通过线性插值得到。 医生可以通过调节电位器来改变增益曲线，进而对图像进行补偿。
目前常用的自动增益调节方法首先需要对图像进行分块处理，进而利用预先选定的阈值判断子块是否是软组织图像，然后再计算增益补偿参数值进而优化图像质量。在此类方法中，对于图像分块后的子块中的像素点，常常采用预先设定的阈值判断是否是软组织图像的像素点，大于预先给定的阈值，则为软组织图像的像素点，以1值标记，否则为非软组织图像的像素点，以0值标记，这样做存在的缺点是图像分割后软组织图像区域像素点对应的数值均为1值，非软组织图像区域(即近场、远场的噪声以及软组织中的囊肿等) 的像素点对应的数值均为0值，使分块后的整个图像像素值不连续，对于软组织图像和非软组织图像之间的界定没有适当的过渡，仅单纯依靠0值和1值作区分，这样很容易对是否是软组织图像产生错误的判断。若对软组织图像判断不够准确，则会出现对原本是软组织图像的部分补偿不足的现象，从而影响医生做出正确的诊断结论。
无论是DGC还是TGC，均是针对超声图像在深度方向上的增益衰减进行补偿，但是往往在一定深度上每一帧图像对于不同的超声回波强度也不一样，这时候仅仅调节TGC很难使图像中的软组织图像区域亮度均勻。目前，针对增益补偿方法提出了对超声图像在横向方向上进行增益补偿的方法，也称为LGC (Lateral Gain Compensation，横向增益补偿)。 现有的方法需要根据软组织图像的均值分别计算横向和纵向的增益补偿曲线，然后根据横纵向增益补偿曲线进行图像优化，从而使图像达到横纵两个方向上的亮度均衡。这种方法虽然使图像不仅在深度方向上亮度更加均勻，而且在横向方向上亮度也均勻一致，但由于亮度并不仅仅随着深度方向和横向方向两个方向呈减弱的变化趋势，而是可能沿图像的任意方向非均勻变化，仅仅在两个方向上进行增益补偿依然不能够全面地补偿随着扫描时间增加带来的增益损耗。发明内容
本发明的目的是提供一种三维或四维超声图像自动优化调节方法，克服了目前医用超声设备手动完成TGC参数调节而且只能调节一至两个方向上的增益所带来的缺点。
按照本发明提供的技术方案，所述三维或四维超声图像自动优化调节方法包括以下步骤
1)输入超声图像数据，所述超声图像数据为对数压缩前的包络数据或对数压缩后的数据中的任一种；
2)分割软组织图像，区分超声图像中的软组织图像与非软组织图像；
3)对超声图像每一维方向所包含数据作拟合得到增益曲面；
4)进而计算出增益补偿参数值，对超声图像进行多维自动优化调节。
所述三维是指深度方向、横向方向、纵向方向以及时间方向四维中的任意三维。
所述四维自动优化调节包括深度方向、横向方向、纵向方向以及时间方向上的调节。
步骤2中所述分割软组织图像的方法为通过高斯分布计算权值来区分软组织图像区域与非软组织图像区域。所述通过高斯分布计算权值来区分软组织图像区域与非软组织图像区域的步骤包括
1)根据超声图像中组织的像素均值μ和方差δ 2，对于原超声图像中的任意一点的像素值0img(i，j)利用高斯分布计算权值Weight (i，j)，如下式
权利要求
1.三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，包括以下步骤1)输入超声图像数据，所述超声图像数据为对数压缩前的包络数据或对数压缩后的数据中的任一种；2)分割软组织图像，区分超声图像中的软组织图像与非软组织图像；3)对超声图像每一维方向所包含数据作拟合得到增益曲面；4)进而计算出增益补偿参数值，对超声图像进行多维自动优化调节。
2.如权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，所述三维是指深度方向、横向方向、纵向方向以及时间方向四维中的任意三维。
3.如权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，所述四维自动优化调节包括深度方向、横向方向、纵向方向以及时间方向上的调节。
4.根据权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，步骤 2中所述分割软组织图像的方法为通过高斯分布计算权值来区分软组织图像区域与非软组织图像区域。
5.根据权利要求4所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，所述通过高斯分布计算权值来区分软组织图像区域与非软组织图像区域的步骤包括1)根据超声图像中组织的像素均值μ和方差s2，对于原超声图像中的任意一点的像素值0img(i，j)利用高斯分布计算权值Weight (i，j)，如下式(Oimg(JJ) -μ)2Weight(i,j) = _ e ~^ ■\]2πσ得到权值图像Weight，其中Weight(i，j)是权值图像中的位置为(i，j)对应的权值；2)遍历所述权值图像中的所有权值，搜索出最大的权值Weightmax；3)利用所述最大权值对所有权值进行归一化计算Weightnormal (/, j) = yJJ Weighty得到归一化后的权值图像，其中Weightnmial (i，j)是权值图像经过归一化后，图像中位置为(i，j)对应的权值；4)根据所述归一化后的权值图像与所述输入图像计算加权后的图像 Dimg (i, j) = Oimg (i, j) · Weightnormal (i, j)其中，Dimg(i，j)是加权图像中位置为(i，j)对应的像素值。5)利用预先设定的阈值THr对所述加权后的图像进行归一化计算Dimgnormal{i, j) = Dimg(j, j)THr其中，Dimgnormal (i, j)是加权图像经过归一化后，图像中位置为(i，j)对应的像素值。
6.根据权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，步骤 2中所述分割软组织图像的方法为利用信噪比SNR的不同来区分软组织图像区域与非软组织图像区域。
7.根据权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，在包括深度方向、横向方向以及时间方向上的三维自动优化调节中，步骤3中所述的拟合增益曲面的函数为I = f(Di; Lj, Tk), Di, Lj, Tk分别代表沿深度方向、横向方向以及时间方向的自变量，该函数满足以下三个条件1)该函数在整个定义区间连续；2)该函数在整个定义区间内可导；3)该函数是光滑函数。
8.根据权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，在包括深度方向、横向方向以及纵向方向上的三维自动优化调节中，步骤3中所述的拟合增益曲面的函数为I = f(Di; Lj, Ek), Di, Lj, &分别代表沿深度方向、横向方向以及纵向方向的自变量，该函数满足以下三个条件1)该函数在整个定义区间连续；2)该函数在整个定义区间内可导；3)该函数是光滑函数。
9.根据权利要求1所述的三维或四维超声图像自动优化调节方法，其特征在于，四维自动优化调节，即包括深度方向、横向方向、纵向方向以及时间方向上的调节中，步骤3中所述的拟合增益曲面的函数为I = MDyLpT1^m) ,DyL^Tk, 分别代表沿深度方向、横向方向、时间方向以及纵向方向的自变量，该函数满足以下三个条件1)该函数在整个定义区间连续；2)该函数在整个定义区间内可导；3)该函数是光滑函数。
全文摘要
本发明公开了一种超声图像三维及其四维自动优化调节方法，其步骤包括有输入图像数据；分割软组织图像区域；拟合增益平面；对图像进行三维及其四维增益补偿。其优点是本发明对对数压缩前的包络数据或对数压缩后的图像数据根据统计参数计算像素点所带的权值，或利用信噪比进而将软组织与非软组织区分开，然后对其进行增益平面的拟合，计算出增益补偿值，将其用于超声图像进行三维及其四维均匀性的调整，从而使图像亮度均匀一致。
文档编号A61B8/00GK102499711SQ20111030235
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者许冠明, 赵丹华, 赵明昌, 陆坚 申请人:无锡祥生医学影像有限责任公司