专利名称：一种三维超声图像的分割方法
技术领域：
本发明属于计算机数字图像处理领域，特别涉及一种三维超声图像的分割。
背景技术：
超声成像是利用特定波长的超声波，经探测体后产生背向散射信号而成像的技术，它具有安全性高、成像速度快、操作方便与低成本等优势，在临床中的应用十分广泛，尤其是腹部脏器的探查，如心脏、肝、肾等，以及胎儿的三维成像与实时四维动态成像等，它是普查与临床诊断最重要的手段之一。此外，三维超声成像技术，也被广泛应用于动物生殖、 发育过程的监测，如早孕检测、病变筛查、胚胎的生长发育过程的动态评估等。在图像量化分析、识别与计算机辅助诊断与治疗过程中，组织器官、病变区域及肿瘤的分割是非常重要的环节，目标或对象的分割是体积计算、形状分析、特征提取、量化诊断、运动分析与跟踪的基础。超声图像的分割方法，从分割的空间维数角度，可分为基于二维序列图像的分割方法，与直接基于三维空间的三维分割方法。其中基于二维空间的处理方法，它们存在以下缺点(1)没有利用三维空间信息；(2)获取的二维轮廓，需要在三维空间进行拓扑连接与插值，才能重建较高精度而完整的三维图像；C3)在计算体积时，对二维轮廓在三维空间进行的插值运算，往往产生较大误差。而三维分割方法能克服以上不足，该方法又可分为三类，(1)基于概率统计模型的方法；(2)三维几何形变模型；(3)几何形变模型与统计模型相结合的方法。其中，基于形变模型的分割方法，由于既利用了底层的图像数据信息，又结合了高层的目标先验知识，因此，在处理结构复杂的医学图像时，显示出其独特的优越性和广泛的适应性。但由于超声成像的特性，超声图像的对比度与分辨率较低，组织边界与细节模糊、尤其是其中存在大量斑点，使三维超声图像的准确分割变得很困难。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种三维超声图像的分割方法，以快速、准确地对超声图像实施分割。本发明的目的通过以下技术方案实现—种三维超声图像的分割方法，包括以下步骤1)对三维超声图像进行斑点预处理，采用归一化小波各向异性扩散方法去除斑点
噪声；2)应用Carmy边缘检测算子对经预处理后图像进行初始化；3)利用基于B-Surface与GVF Snake的三维形变模型，实施三维分割。步骤1)中的斑点预处理方法用以平滑斑点，改善图像质量，有利于后续的轮廓表面初始化与实施分割；具体包括如下步骤(1)对超声图像进行多尺度小波分解，将图像分解为高频与低频部分；
(2)根据乘性斑点模型，对高频部分，应用归一化小波各向异性扩散方法进行处理，抑制斑点；(3)进行小波逆变换，经重构得到去噪后的图像。所述超声图像经三维小波分解为8部分HLL，HLH, HHL, HHH ；LHH, LHL, LLH, LLL, 其中LLL为低频部分，其它为高频部分。步骤O)中的乘性斑点模型为J(x, y, ζ) = I (χ, y, ζ) Χη(χ, y, ζ)(1)其中I(x，y，z)表示原始无噪图像，J(x，y，z)是含有噪声η(x，y，ζ)的图像。归一化小波各向异性扩散的模型为= (2)
j(x,y,z,0) = j0(x,y,z)其中▽为图像灰度梯度，div表示散度(divergence)，Rx,力为归一化扩散系数，它取决于图像灰度梯度，在梯度较小的勻质区域，其值较大，以实施较强的平滑抑制噪声，反之，在梯度较大的区域，往往是组织边界或边缘，此时扩散系应具有较小值，从而尽量保留它们，其定义为c|vg|)= 1 - exp(-3.315 /(|Vg|/^g(x, ζ; ))4)(3)其中k为控制参数，其值为W 1]，t表示迭代时间或次数。步骤2)中的初始化包括如下步骤(1)对经预处理后的三维超声图像的每一断层，利用Carmy边缘检测算子，提取图像轮廓；(2)在待分割对象的中心附近，由人工确定一个近似的中心点；(3)从中心点出发，在以中心点为圆心的圆周内，定义若干均勻分布的射线，由内向外扫描，求射线与轮廓的首个交点，当所有射线扫描结束后，得到一系列交点，以这些交点为控制点，即可生成B-Surface三维表面，作为初始三维表面。步骤幻中的三维分割是采用三维GVF Snake，从初始三维表面出发，通过外力驱动上述B-surface控制点移动，从而使对象的三维表面产生形变，逐渐逼近真实的对象表面，最终实现三维对象的分割。三维分割的外力采用GVF模型，形变模型为B-Surface，其中梯度矢量流模型为Egvf (ν) = JJ + 2 + t2x +t2y) + |V/|2|v - Vf\2dxdy(4)其中，v(x，y)= (8(1，7)，{(1，7))，表示梯度向量，8!￡，8厂、，、分别为8(1，7)与 t(x，y)在χ与y方向的偏导，V/是灰度梯度，I |为向量的模，μ是值为0 1的控制参数；B-Surface 模型为
m ΠV) = Σ Σ Nup ⑷义，g (VH，y
,=0 y=0(5)其中队,>)与 ，^⑴分别为阶数为ρ与q的B-spline基函数，11和￥取值范围均为W 1]，By为控制点，m，η分别是行与列方向网格数；三次B样条可描述如下
权利要求
1.一种三维超声图像的分割方法，其特征在于，包括以下步骤1)对三维超声图像进行斑点预处理，采用归一化小波各向异性扩散方法去除斑点噪声；2)应用Carmy边缘检测算子对经预处理后图像进行初始化；3)利用基于B-Surface与GVFSnake的三维形变模型，实施三维分割。
2.根据权利要求1所述的一种三维超声图像的分割方法，其特征在于，步骤1)中的斑点预处理包括如下步骤(1)对超声图像进行多尺度小波分解，将图像分解为高频与低频部分；(2)根据乘性斑点模型，对高频部分，应用归一化小波各向异性扩散方法进行处理，抑制斑点；(3)进行小波逆变换，经重构得到去噪后的图像。
3.根据权利要求2所述的归一化小波各向异性扩散方法，其特征在于，所述超声图像经三维小波分解为8部分HLL，HLH, HHL, HHH ；LHH, LHL, LLH, LLL，其中LLL为低频部分，其它为高频部分。
4.根据权利要求3所述的归一化小波各向异性扩散方法，其特征在于，步骤(2)中的乘性斑点模型为
5.根据权利要求4所述的归一化小波各向异性扩散方法，其特征在于，归一化小波各向异性扩散的模型为
6.根据权利要求1 5任意一项所述的一种三维超声图像的分割方法，其特征在于，步骤2)中的初始化包括如下步骤(1)对经预处理后的三维超声图像的每一断层，利用Carmy边缘检测算子，提取图像轮廓；(2)在待分割对象的中心附近，由人工确定一个近似的中心点；(3)从中心点出发，在以中心点为圆心的圆周内，定义若干均勻分布的射线，由内向外扫描，求射线与轮廓的首个交点，当所有射线扫描结束后，得到一系列交点，以这些交点为控制点，即可生成B-Surface三维表面，作为初始三维表面。
7.根据权利要求6所述的一种三维超声图像的分割方法，其特征在于，步骤3)中的三维分割是采用三维GVF Snake，从初始三维表面出发，通过外力驱动上述B-surface控制点 移动，从而使对象的三维表面产生形变，逐渐逼近真实的对象表面，最终实现三维对象的分 割。
8.根据权利要求7所述的ー种三维超声图像的分割方法，其特征在干，三维分割的外 カ采用GVF模型，形变模型为B-Surface，其中梯度矢量流模型为
全文摘要
本发明公开了一种三维超声图像的分割方法，属于数字图像处理技术领域。本发明包括以下步骤1)根据三维超声图像的特点，利用归一化三维小波各向异性扩散方法对斑点进行预处理，去除斑点噪声；2)应用Canny边缘检测算子对经预处理后图像进行初始化；3)利用基于B-Surface与GVF Snake的三维形变模型，实施三维分割。本发明方法能快速、准确地对三维超声图像实施分割，尤其对噪声具强鲁棒性。本发明中的自动分割方法还可用于其它三维图像(如CT、MRI与PET等)的分割，具有很高的应用价值。
文档编号G06T7/00GK102402788SQ20111043636
公开日2012年4月4日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者郭圣文 申请人:华南理工大学