一种实时提高超声图像质量的方法和系统与流程

本发明属于超声成像技术领域，具体涉及一种实时提高超声图像质量的方法和系统。

背景技术：

超声成像(ultrasoundimaging)技术根据物体周围的超声散射波获得物体内部结构的超声图像,广泛应用于医学成像、无损检测领域。在超声成像技术中，超声波传感器发射和接收的超声波具有超宽带信号性质，通过对目标不同角度的照射与观测获取目标信息，能够获得较大的目标空间谱，实现高分辨成像。但斑点噪声及其它加性噪声的影响会污染图像，较高的旁瓣水平使得伪像较多，分辨率变差，对比度降低，这些都严重降低了超声图像质量，对检测、解译超声图像及后续处理产生不利影响，所以如何有效提高超声图像质量对超声成像具有重大意义。

目前去除斑点噪声的方法主要有局部自适应滤波、基于偏微分方程滤波和小波滤波、基于稀疏表示等。局部自适应滤波器具有较低的算法复杂度，但它们往往会使图像模糊，并且不能得到满意的去噪结果。基于小波变换很难选择合适的尺度，不能有效区分信号和噪声。基于偏微分方程的方法在保护图像边缘的同时，对图像进行了平滑处理，有意义的特征细节在迭代的过程中可能被去除，改进的基于梯度分割的图像增强方法依赖于数学统计特性，容易造成图像信息量的丢失，且计算量大、实时性差。基于稀疏表示的图像去噪技术在图像高斯噪声的去除中表现很好，但其依赖于噪声模型和字典设计，复杂度高，适应性受限制。随着深度学习技术在信号处理领域的广泛应用，出现了利用神经网络、深度学习的方法来去除图像中的高斯噪声的方法，但这类方法通常复杂度较高，实时效果较差。并且目前的很多算法在去除噪声的同时损失了特征信息，或在增强特征信息的同时连噪声一起加强，无法真正实时提高超声图像质量。

技术实现要素：

本发明目的之一是提供一种实时提高超声图像质量的方法，主要解决现有技术中存在的效果不明显，图像分辨率降低，运算量大的技术问题。

本方案中实时提高超声图像质量的方法，包括：

(1)对超声二维图像进行时-频域变换得到空间谱；

(2)对空间谱进行划分操作得到子空间谱；

(3)对子空间谱进行时-频域反变换得到子图像；

(4)计算相干因子并对原始图像进行加权处理，得到提高质量的超声图像。

本发明实现的实时提高超声图像质量的原理是，对于给定的超声图像，首先变到空间谱域，进行划分处理得到不同的子空间谱；然后变换得到多幅具有不同特征的超声图像；计算相干因子并对原始图像进行加权处理，

由于多幅超声图像的斑点噪声和加性噪声不相干，而多幅超声图像中同一目标点是相关的，通过使用相干因子进行加权处理，使得目标像素点得以加强，噪声点得以削弱，所以能有效去除噪声，保留并锐化主瓣，削弱旁瓣，提高超声图像质量。

本发明在去除噪声的同时，提高图像分辨率，抑制旁瓣，有效提高超声图像质量，并且具有较好的实时性和较低的计算复杂度低。

进一步，步骤(1)中对所述的时-频域变换采用二维傅里叶变换的快速算法，相应的所述(3)中的时-频域反变换采用二维傅里叶反变换的快速算法。

二维傅里叶变换/反变换的快速算法(2dfft/ifft),计算效率高，计算复杂度低，能有效的降低运算量和运算时间，提高系统的实时性。

进一步，步骤(2)中所述划分操作将空间谱划分为互不重叠或者部分重叠的区域。

各个区域之间允许有部分的相互重叠，相互重叠的部分等效为对空间谱的线性加权，恰当的重叠设计能够强化相干因子的效果，同时避免对对主瓣的锐化造成负面影响强化相干因子的效果。

进一步，所述相干因子计算方法包括：

设sj(kx,ky)为所述子空间谱，数量为j，ij(x,y)为该子空间谱经过二维傅里叶反变换而得的子图像，则相关因子的计算如下式所示：

进一步，所述加权处理的计算方法如下：

i(x,y)＝cf(x,y)·i0(x,y)；

其中，i0(x,y)为原始超声图像，i(x,y)为处理后的超声图像。

本发明目的之二是提供一种实时提高超声图像质量的系统，主要解决现有技术中存在的效果不明显，图像分辨率降低，运算量大的技术问题。

一种实时提高超声图像质量的系统，包括：

变换模块：用于获取超声二维图像，并对超声二维图像进行时-频域变换得到空间谱；

划分模块，用于对空间谱进行划分操作得到子空间谱；

反变换模块，用于对子空间谱进行时-频域反变换得到子图像；

处理模块，用于计算相干因子并对原始图像进行加权处理，得到提高质量的超声图像。

本发明实现的实时提高超声图像质量的原理是，对于给定的超声图像，首先变到空间谱域，进行划分处理得到不同的子空间谱；然后变换得到多幅具有不同特征的超声图像；计算相干因子并对原始图像进行加权处理，由于多幅超声图像的斑点噪声和加性噪声不相干，而多幅超声图像中同一目标点是相关的，通过使用相干因子进行加权处理，使得目标像素点得以加强，噪声点得以削弱，所以能有效去除噪声，保留并锐化主瓣，削弱旁瓣，提高超声图像质量。

本发明在去除噪声的同时，提高图像分辨率，抑制旁瓣，有效提高超声图像质量，并且具有较好的实时性和较低的计算复杂度低。

进一步，所述变换模块中采用二维傅里叶变换的快速算法进行时-频域变换；

所述反变换模块中采用二维傅里叶反变换的快速算法进行时-频域反变换。

二维傅里叶变换/反变换的快速算法(2dfft/ifft),计算效率高，计算复杂度低，能有效的降低运算量和运算时间，提高系统的实时性。

进一步，所述划分模块，用于将空间谱s0(kx,ky)划分为互不重叠或者部分重叠的区域。

各个区域之间允许有部分的相互重叠，相互重叠的部分等效为对空间谱的线性加权，恰当的重叠设计能够强化相干因子的效果，同时避免对主瓣的锐化造成负面影响，强化相干因子的效果。

进一步，所述处理模块，按如下内容计算所述相关因子：

设sj(kx,ky)为所述子空间谱，数量为j，ij(x,y)为该子空间谱经过二维傅里叶反变换而得的子图像，则相关因子的计算如下式所示：

进一步，所述处理模块，按如下内容进行加权处理：

i(x,y)＝cf(x,y)·i0(x,y)；

其中，i0(x,y)为原始超声图像，i(x,y)为处理后的超声图像。

附图说明

图1为本发明实施例一中实时提高超声图像质量的示意性工作流程图；

图2为本发明实施例一中的实时提高超声图像质量的系统的示意框图；

图3为本发明实施例一中的超声图像空间谱的划分示例图；

图4为超声图像实例经本发明的实施例一处理前后的对比图；

图5为本发明实施例二中的清洁装置的剖视图。

具体实施方式

实施例一

本实施例提供一种如图1所示的实时提高超声图像质量的系统来实现实时提高超声图像质量的方法。

该系统的具体工作流程如图2所示，对于给定的超声图像将其预处理为指定的大小和格式的数字图像

i0(x,y)；

变换模块对超声图像i0(x,y)进行时-频域变换得到二维空间谱：

s0(kx,ky)＝ft(i0(x,y))，

时-频域变换采用二维快速傅里叶变换，即2dfft；

划分模块对空间谱s0(kx,ky)进行划分操作，得到j＝100个子空间谱

{sj(kx,ky)}，j＝1,2,3…100；

本实施例中，采用如图3所示的分割方式，整个二维空间谱被均匀的分割为多个矩形的且相互不重叠的子区域，在另外一些实施例中，还可采用梯形、平行四边形、扇形、三角形、菱形或其他形状进行分割，各个子区域之间也允许有部分的相互重叠。

反变换模块对这100个子空间谱sj(kx,ky)进行时-频域反变换，得到100个子图像

ij(kx,ky)，

相应的时-频域反变换为二维快速傅里叶反变换2difft；本实施例中的变换模块和反变换模块可以由通用计算机软件的方式实现，也可以由专用硬件电路实现。

处理模块利用这100个子图像ij(x,y)计算相干因子：

再利用得到的相干因子cf(x,y)对原始图像i0(x,y)进行如下加权处理：

i(x,y)＝cf(x,y)·i0(x,y)；

其中，i(x,y)即为处理后的超声图像。

由此可知，处理模块快速计算多幅图像的相干因子，并完成与初始超声图像在对应像素的乘法操作，其所得即系统输出的提高了图像质量的超声图像，可被保存或送至监视器显示。

处理前后超声图像对比如图4所示，其中左图为处理前的超声图像，右图为处理后的，从图中可以看出，本实施例提供的实时提高超声图像质量的方法和系统，通过对超声图像的空间谱进行划分得到多幅不同特征的图像，然后利用相关因子对原始超声图像加权，从而提高超声图像质量，由于多幅超声图像的斑点噪声和加性噪声不相干，而多幅超声图像中同一目标点是相关的，通过使用相干因子进行加权处理，使得目标像素点得以加强，噪声点得以削弱，所以能有效去除噪声，保留并锐化主瓣，削弱旁瓣，提高超声图像质量。

系统与超声成像设备的结合能实现实时处理，有效去除斑点噪声和加性噪声，提高超声图像分辨率，图像质量提高效果明显，系统可以直接集成在b超机等典型的超声成像设备之中，实现提高超声图像质量的目的。

实施例二

说明书附图5中的附图标记包括：超声探头1、清洁箱2、清洁布卷3、液泵4、固定齿5、轴辊6、切断刀头7、支架8、液腔9、可控阀10.

超声图像的采集必须通过超声探头与人体的接触来进行，为了更好的获得超声图像以及消除疾病通过超声探头传染的隐患，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例还包括一超声探头的清洁装置，该装置基本如图5所示，包括：一清洁箱2，清洁箱2上斜向的开有供超声探头1插入的液腔9，清洁箱2的侧壁内还设有向液腔9内输送清洁液的液泵4，液腔9的底部还有出液空，孔内设有可控阀10。清洁箱2的外还设有清洁布卷3，清洁布卷3的中心插有转轴，转轴被直接支撑起来，与清洁布卷3的直径配合使得清洁布卷3悬空，从而在拉动清洁布时，清洁布卷3可以绕转轴旋转，而本实施例中，清洁布拉出后能覆盖住液腔9供超声探头1插入的开口。

而清洁箱2上液腔9的开口的口沿上相对的设有两个可自由转动的轴辊6，如图5中所示，两个轴辊6的能前后夹住插入液腔9的超声探头1，而由于液腔9是倾斜的，所以超声探头1依靠在其中一个轴辊6上；而清洁箱2的顶面上还前后设有用于固定清洁布的固定齿5和用于切断清洁布的切断刀头7。

超声探头1所依靠的轴辊6通过支撑结构安装在一能活动的平台上，该平台下卡接连接有簧片，簧片的另一端卡接在清洁箱2的侧壁内，同时侧壁内平台的下方设有在平台向下运动时被触及的按压开关；按压开关与控制模块电连接，控制模块分别与液泵4的开关电路以及可控阀10电连接。

控制模块用于当按压开关被按下时，控制液泵4开启，并通过控制液泵4开启一段既定的时间以控制进液量；还用于，当按压开关被松开时，开启可控阀10，从而对液腔9进行排液。

清洁装置的工作过程如下，首先拉出清洁布，覆盖液腔9的开口，同时利用固定齿5固定住清洁布，此时将超声探头1顶着清洁布一同插入液腔9内，在轴辊6的帮助下更长距离的清洁布被拉出并包住超声探头1；进入液腔9后，超声探头1斜向的靠在轴辊6上，从而下压轴辊6和支撑轴辊6的平台，从而触动按压开关；控制模块通过控制液泵4开启一段既定的时间以向液腔9内泵入定量的清洁液，保证超声探头1需要被清洁的部分被淹没到；开启超声探头1，使其发出超声波，清洁液和清洁布在超声探头1所发出的兆赫兹级的超声波的作用下对超声探头1的表面进行清洁和消毒，由于超声波同时作用于清洁液和清洁布，达到了一种双效的清洁和消毒，一方面，超声波在清洗液中疏密相同的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称为“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000大气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就象一连串小“爆炸”不断地冲击物件表面，使物件的表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的，另一方面利用超声波在固体介质中传播时能引起介质质点极大的加速度和作用力这一特点,将超声波经清洁布传送给被清洗部位,从而使清洁布质点在平衡位置高速振动,致使污物被振松而脱离,从而达到清洗目的。

清洁完成后，取出超声探头1，进而使得按压开关被松开，控制模块控制可控阀10打开，排除液腔9内的清洁液；下一次清洁开始前，继续拖动清洁布，直至所用被用过的部分越过切断刀头7，利用固定齿5固定住清洁布后，再利用切断刀头7切断清洁布即可；这样就可以保证每次都使用新的清洁布，避免旧的清洁布污染超声探头1。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。