超聲成像系統及其幀平均處理方法
【專利摘要】本發明揭示了一種超聲成像系統及其幀平均處理方法，方法包括步驟：獲取參數，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素；獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與上述參數相關；利用所述幀平均權重系數進行幀平均處理。本發明利用幀平均等級、幀頻、幀相關系數、像素這幾個參數來計算幀平均權重系數，實現了由用戶設置幀平均等級控制幀平均強度為主要手段，同時結合幀頻、幀相關系數、像素進行幀平均強度自動優化的幀平均處理方法。
【專利說明】
超聲成像系統及其幀平均處理方法
技術領域
[0001]本發明屬于信號與圖像處理領域，應用于醫療器械行業，尤其涉及一種超聲成像系統及其幀平均處理方法。
【背景技術】
[0002]超聲成像因為其無創性、實時性、操作方便、價格便宜等諸多優勢，使其成為臨床上應用最為廣泛的診斷工具之一。超聲彩色血流成像是超聲成像中的一種重要成像模式，在臨床上的應用極其普遍，是多種疾病診斷的重要依據，因此提高超聲彩色血流圖像的質量對于臨床醫生的診斷有重要意義。
[0003]超聲彩色血流成像通常是在二維組織成像的基礎上，由用戶確定一個感興趣區域(R0I框)，然后對該區域進行血流成像，再將血流圖像疊加在二維組織圖像上一起顯示。
[0004]幀平均處理是超聲成像中的一種重要的圖像處理方法，無論是在二維組織成像上還是彩色血流成像上都發揮重要作用。幀平均處理需要用戶根據應用部位和實際圖像設置合理的強度，但用戶的設置往往只在一定成像條件下效果較好，當條件改變后效果就會受到影響。現有技術方案中，尚沒有發現根據成像條件的變化而對幀平均強度進行自動優化的方法。
[0005]現有技術中，相關的幀平均處理技術例如有:(I)通過計算新的圖像幀和前一個圖像幀之間的相關值來控制掃查線密度、動態范圍和幀平均強度，其主要目的是通過幀相關值來優化多個超聲成像的參數，形成一種反饋控制機制，并非幀平均處理方法本身；(2)通過硬件電路實現幀平均，其主要作用是減小閃爍偽相和速度混疊現象，達到改善血流連續性和表現力的目的，但該方法沒有實現幀平均的自動優化，且硬件處理的方式提高了成本。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種超聲成像系統及其幀平均處理方法。
[0007]為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種超聲成像系統的幀平均處理方法，包括步驟:
[0008]獲取參數，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素；
[0009]獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與上述參數相關；
[0010]利用所述幀平均權重系數進行幀平均處理。
[0011]作為本發明一實施方式的進一步改進，所述幀平均權重系數相對于幀平均等級、幀頻及幀相關系數均為單調遞增。
[0012]作為本發明一實施方式的進一步改進，步驟“獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與上述參數相關”具體包括:
[0013]獲取初始幀平均權重系數，所述初始幀平均權重系數與幀平均等級、幀頻、幀相關系數相關；
[0014]獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與所述初始幀平均權重系數及所述像素相關。
[0015]作為本發明一實施方式的進一步改進，所述像素包括上一幀輸出像素及當前幀輸入像素，當上一幀輸出像素的絕對值小于當前幀輸入像素的絕對值時，降低所述幀平均權重系數，當上一幀輸出像素的絕對值不小于當前幀輸入像素的絕對值時，提高所述幀平均權重系數。
[0016]作為本發明一實施方式的進一步改進，當前幀輸出像素與所述幀平均權重系數、所述上一幀輸出像素及所述當前幀輸入像素相關。
[0017]為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種超聲成像系統的幀平均處理方法，包括步驟:
[0018]預先設置幀平均等級參數，得到初始狀態的幀平均強度；
[0019]獲取其他參數，其他參數包括幀頻、幀相關系數及像素；
[0020]根據上述參數自動調整所述幀平均強度。
[0021]作為本發明一實施方式的進一步改進，步驟“根據上述參數自動調整幀平均強度”具體包括:
[0022]根據幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素得到幀平均權重系數；
[0023]根據所述幀平均權重系數調整所述幀平均強度。
[0024]為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種超聲成像系統的幀平均處理方法，包括步驟:
[0025]生成查找表，所述查找表定義為當前幀輸出像素與參數的關系表，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數、上一幀輸出像素及當前幀輸入像素；
[0026]獲取上述參數；
[0027]根據獲取的參數于所述查找表中索引而獲取對應的當前幀輸出像素。
[0028]為實現上述發明目的之一，本發明一實施方式提供一種超聲成像系統，包括:
[0029]參數獲取單元，其用于獲取參數，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素；
[0030]處理單元，其用于獲取幀平均權重系數，并利用所述幀平均權重系數進行幀平均處理，所述幀平均權重系數與上述參數相關。
[0031]作為本發明一實施方式的進一步改進，所述像素包括上一幀輸出像素及當前幀輸入像素，所述處理單元還用于:當上一幀輸出像素的絕對值小于當前幀輸入像素的絕對值時，降低所述幀平均權重系數，當上一幀輸出像素的絕對值不小于當前幀輸入像素的絕對值時，提高所述幀平均權重系數。
[0032]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:本發明利用幀平均等級、幀頻、幀相關系數、像素這幾個參數來計算幀平均權重系數，實現了由用戶設置幀平均等級控制幀平均強度為主要手段，同時結合幀頻、幀相關系數、像素進行幀平均強度自動優化的幀平均處理方法。本發明既滿足了用戶對于幀平均強度的主觀控制，使得用戶可以根據不同的應用和實際成像效果自主決定幀平均強度，同時又實現了幀頻、幀相關系數、像素這些客觀因素對于幀平均強度的自動優化，保證了實時血流成像的連續性和動態感，最終達到更好的超聲彩色血流成像效果，有助于醫生的臨床診斷。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明一實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法步驟圖；
[0034]圖2為本發明另一實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法步驟圖；
[0035]圖3為本發明又一實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法步驟圖；
[0036]圖4為本發明又一實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法示意圖；
[0037]圖5為本發明一實施方式的超聲成像系統結構框圖。
【具體實施方式】
[0038]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0039]超聲彩色血流成像是對血管中的血流進行成像顯示，主要特點是:(I)受心臟周期性搏動的影響，血流隨時間動態變化；(2)受幀頻的限制，超聲彩色血流成像無法對血流變化進行連續成像，只能采集到每個心動周期的有限幀圖像。對于超聲彩色血流成像而言，血流的連續性和動態感是影響成像效果的重要因素，理想的血流應該在時間和空間上保持良好的連續性，相鄰幀之間不能有明顯的跳躍和閃爍，同時又必須兼顧血流的動態感，保持相鄰幀之間正常的血流速度或血流能量差異，使血流的動態感和心動周期相吻合。過高的幀平均強度可能導致血流圖像失去動態感并產生拖尾現象，而過低的幀平均強度則會導致血流連續性變差并產生跳躍感，合理的幀平均強度才能達到最佳的血流連續性和動態感，如此，便需要進行幀平均處理以得到合適的幀平均強度。
[0040]幀平均處理的基本原理是利用相鄰幀之間的相關性，將上一幀和當前幀在同一位置的像素取不同的權重系數加權平均的結果作為當前幀的輸出像素。用一個簡單的公式可表示為:
[0041 ] y’=χ*μ+3Γ*(?-μ) (I)
[0042]其中，X為上一幀輸出像素，y為當前幀輸入像素，μ為對應的幀平均權重系數，y’為當前幀輸出像素。幀平均強度由幀平均權重系數μ決定，μ的取值范圍是0<μ<1，μ越大則表示幀平均強度越大，μ=ο時表示幀平均處理關閉。適當的幀平均處理能提高圖像的信噪比，還能改善時間和空間的連續性，也就是說，需要得到適當的幀平均強度，亦即需要得到適當的幀平均權重系數μ。
[0043]調節幀平均強度的主要方式是由用戶根據應用部位和實際圖像在用戶界面上設置合適的幀平均等級，這是一種主觀因素，除此之外還有一些客觀因素影響幀平均強度，主要包括幀頻、相鄰幀之間的相關性、像素。一般來說，幀頻越高，相鄰幀之間的變化就越小，應適當提高幀平均強度;幀頻越低，相鄰幀之間的變化就越大，應適當降低幀平均強度。相鄰幀之間的相關性越好(即幀相關系數越大)，應適當提高幀平均強度;相鄰幀之間的相關性越差(即幀相關系數越小)，應適當降低幀平均強度。像素的差異也會影響幀平均權重系數，進而影響幀平均強度。
[0044]如圖1所示，為本發明一實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法，所述方法包括步驟:
[0045]獲取參數，所述參數包括幀平均等級lev、幀頻fr、幀相關系數cor及像素x、y;
[0046]獲取幀平均權重系數μ，所述幀平均權重系數μ與上述參數相關；
[0047]利用所述幀平均權重系數μ進行幀平均處理。
[0048]在本實施方式中，利用幀平均等級lev、幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y這幾個參數來計算幀平均權重系數μ，實現了由用戶設置幀平均等級lev控制幀平均強度為主要手段，同時結合幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y進行幀平均強度自動優化的幀平均處理方法。本實施方式既滿足了用戶對于幀平均強度的主觀控制，使得用戶可以根據不同的應用和實際成像效果自主決定幀平均強度，同時又實現了幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y這些客觀因素對于幀平均強度的自動優化，保證了實時血流成像的連續性和動態感，最終達到更好的超聲彩色血流成像效果，有助于醫生的臨床診斷。
[0049]具體的，根據上述公式(I)，為了對幀平均強度進行調節，需要先得到幀平均權重系數μ，在本實施方式中，幀平均權重系數μ的計算方法簡單表示為:
[0050]y = fun(lev,fr,cor,x,y) (2)
[0051]其中，lev表示用戶設置的幀平均等級，fr表示幀頻，cor表示幀相關系數，X和y分別表示上一幀輸出像素和當前幀輸入像素，fun表示以lev，fr，C0r，X，y為參數的函數。
[0052]對于fun函數而言，需要滿足如下條件:
[0053](a)相對于幀平均等級lev單調遞增，即幀平均等級lev越大，則幀平均權重系數μ也越大。這里，可以采用兩種方式進行計算，一種方式是直接用幀平均等級lev作為參數進行計算，另一種方式是預先生成一份資源文件，通過幀平均等級lev作為索引而獲取資源文件中的參數進行計算，幀平均等級I e V通常是介于O?1之間的整數。
[0054](b)相對于成像幀頻fr單調遞增，即幀頻fr越大，則幀平均權重系數μ也越大，幀頻fr通常是介于5?25之間的整數。
[0055](C)相對于幀相關系數cor單調遞增，即幀相關系數cor越大，則幀平均權重系數μ也越大。幀相關系數cor可以通過相鄰兩幀圖像信息計算得到，具體的，幀相關系數cor的計算可以通過相鄰兩幀彩色血流圖像，也可以通過與彩色血流圖像對應的相鄰兩幀二維組織圖像。本實施方式通過相鄰兩幀二維組織圖像計算得到幀相關系數cor，幀相關系數cor是介于O?I之間的小數。
[0056](d)相對于像素X和y具有如下特點:當上一幀輸出像素的絕對值小于當前幀輸入像素的絕對值，即abs(X)〈abs(y)時，幀平均權重系數μ應較小，此時可以適當降低所述幀平均權重系數μ;當上一幀輸出像素的絕對值不小于當前幀輸入像素的絕對值，即abs(X)>abs(y)時，幀平均權重系數μ應較大，此時，可以適當提高所述幀平均權重系數μ。這里，需要說明的是，以動脈血流為例，iabs(x)〈abs(yWt，認為是動脈血流處于心臟收縮期，此時心臟射血，血流速度快速增加，為了迅速捕捉到高速血流，保持和心動周期同步，應采用較小的幀平均權重系數μ;當abs(X)>abs(y)時，認為動脈血流處于心臟舒張期，此時血流速度開始減慢，為了讓峰值持續時間長一點，應采用較大的幀平均權重系數μ。血流速度像素通常是介于-128?127之間的整數，血流能量像素通常是介于O?255之間的整數。
[0057]在本實施方式中，由于像素x、y對于幀平均權重系數μ的影響涉及到條件判斷(SPabs (X)與abs(y)的大小判斷)，在數學公式中不易表示，因此，本實施方式首先設計一個同時滿足上述條件(a)(b)(c)的函數，得到一個初始幀平均權重系數μο，然后再通過初始幀平均權重系數μο和像素X，y的關系得到最終的幀平均權重系數μ，μο的取值范圍同樣是介于O?I之間的小數。根據上述特點，指數函數是滿足要求的一個較好選擇，本實施方式選擇e指數函數來實現。公式如下:
[0058]μο= (exp(-Const/(fr*(lev+Tiny))) )(1/cor) (3)
[0059]其中，Tiny是為了防止幀平均等級Iev= O時導致分母為0而設置的很小的數，實際取小于0.001的值就能符合要求;Const是用來調整初始幀平均權重系數μο取值范圍而設置的常量，大小與幀頻fr在同一數量級，其合理范圍是10?60; exp表示e指數函數。上述公式(3)較好的滿足了上述條件(a)(b)(c)，且保證了初始幀平均權重系數μο取值范圍在O?I之間。后續只需要在初始幀平均權重系數μο的基礎上根據像素x、y的關系作條件判斷并結合簡單的線性映射即能達到條件(d)的要求，如此，可大大降低判斷及調整難度。
[0060]在本發明另一實施方式中，如圖2所示，并結合上述實施方式，本實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法包括步驟:
[0061 ]預先設置幀平均等級lev參數，得到初始狀態的幀平均強度；
[0062]獲取其他參數，其他參數包括幀頻fr、幀相關系數cor及像素x、y;
[0063]根據上述參數自動調整所述幀平均強度。
[0064]這里，可以類似前一實施方式中所述的，通過調整幀平均權重系數μ來調整幀平均強度，當然，也可以通過其他方式來調節。本實施方式先由用戶根據應用部位和實際圖像在用于界面上自主選擇幀平均等級lev，以初步決定幀平均強度，而后根據各個參數的實際狀況自動調整幀平均強度，如此，本實施方式即滿足了用戶對于幀平均強度的主觀控制，同時又實現了幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y這些客觀因素對于幀平均強度的自動優化，保證了實時血流成像的連續性和動態感，最終達到更好的超聲彩色血流成像效果，有助于醫生的臨床診斷。
[0065]在本發明又一實施方式中，如圖3所示，并結合前述實施方式，本實施方式的超聲成像系統的幀平均處理方法包括步驟:
[0066]生成查找表，所述查找表定義為當前幀輸出像素y’與參數的關系表，所述參數包括幀平均等級lev、幀頻fr、幀相關系數cor、上一幀輸出像素X及當前幀輸入像素y;
[0067]獲取上述參數；
[0068]根據獲取的參數于所述查找表中索引而獲取對應的當前幀輸出像素y’。
[0069]這里，可以根據前述公式(1)(2)(3)生成查找表，如此，可大大減小實時成像的計舁里。
[0070]在本實施方式中，當用戶設置好成像參數后，幀平均等級lev及實時成像幀頻fr都是確定值，只有幀相關系數cor和血流像素x、y是不確定值。因此，根據前述實施方式對各參數的描述，本實施方式建立的幀平均查找表至少是三維的，即(cor ,X，y)三個維度。由于幀相關系數cor是O?I之間的小數，因此生成查找表的時候必須對其進行離散化，將幀相關系數cor的取值范圍等間隔分為N段，以減小查找表的存儲空間，由此計算出來的查找表大小為N*256*256。
[0071]生成查找表后，用戶只需要在隨后的處理中，根據計算得到的幀相關系數cor以及參與幀平均處理的上一幀輸出像素X和當前幀輸入像素y去查找表中找到對應的當前幀輸出像素y’即可。需要說明的是，查找表中的索引位置為(floor(cor*N)，x，y)，其中，floor(cor*N)表示對cor*N的結果進行取整。
[0072]在本實施方式中，幀頻fr由深度、感興趣區域大小等成像參數決定，幀平均等級lev由用戶認為的應用部位及實際圖像等成像參數決定，當用戶調整成像參數改變了幀平均等級lev和幀頻fr兩個參數中的任意一個時，僅需重新生成查找表便可重新快速進行超聲成像系統的幀平均處理，進一步減小實時成像的計算量以及提高操作的便利性。
[0073]具體的，如圖4所示，首先，根據用戶設定的幀平均等級lev、幀頻fr、累積的的幀相關系數cor、上一幀輸出像素xl、當前幀輸入像素yl這些參數與當前幀輸出像素yl’的相對關系得到幀平均查找表，并存儲在超聲成像系統中；然后，在實際操作中，獲取當前實際的幀相關系數cor、上一幀輸出像素X、當前幀出入像素y，上述三個參數形成(COr，X，y)索引；而后，根據索引查找幀平均查找表，便可得到實際的當前幀輸出像素y’。
[0074]本發明還提供一種超聲成像系統，如圖5所示，超聲成像系統包括:
[0075]參數獲取單元10，其用于獲取參數，所述參數包括幀平均等級lev、幀頻fr、幀相關系數cor及像素X、y;
[0076]處理單元20，其用于獲取幀平均權重系數μ，并利用所述幀平均權重系數μ進行幀平均處理，所述幀平均權重系數μ與上述參數相關。
[0077]在本實施方式中，利用幀平均等級lev、幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y這幾個參數來計算幀平均權重系數μ，實現了由用戶設置幀平均等級lev控制幀平均強度為主要手段，同時結合幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y進行幀平均強度自動優化的幀平均處理方法。本實施方式既滿足了用戶對于幀平均強度的主觀控制，使得用戶可以根據不同的應用和實際成像效果自主決定幀平均強度，同時又實現了幀頻fr、幀相關系數cor、像素x、y這些客觀因素對于幀平均強度的自動優化，保證了實時血流成像的連續性和動態感，最終達到更好的超聲彩色血流成像效果，有助于醫生的臨床診斷。
[0078]本實施方式的超聲成像系統的其他說明可以參考上述超聲成像系統的幀平均處理方法的說明，在此不再贅述。
[0079]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0080]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于包括步驟: 獲取參數，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素； 獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與上述參數相關； 利用所述幀平均權重系數進行幀平均處理。2.根據權利要求1所述的超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于，所述幀平均權重系數相對于幀平均等級、幀頻及幀相關系數均為單調遞增。3.根據權利要求1所述的超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于步驟“獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與上述參數相關”具體包括: 獲取初始幀平均權重系數，所述初始幀平均權重系數與幀平均等級、幀頻、幀相關系數相關； 獲取幀平均權重系數，所述幀平均權重系數與所述初始幀平均權重系數及所述像素相關。4.根據權利要求1至3中任意一項所述的超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于，所述像素包括上一幀輸出像素及當前幀輸入像素，當上一幀輸出像素的絕對值小于當前幀輸入像素的絕對值時，降低所述幀平均權重系數，當上一幀輸出像素的絕對值不小于當前幀輸入像素的絕對值時，提高所述幀平均權重系數。5.根據權利要求4所述的超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于，當前幀輸出像素與所述幀平均權重系數、所述上一幀輸出像素及所述當前幀輸入像素相關。6.一種超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于包括步驟: 預先設置幀平均等級參數，得到初始狀態的幀平均強度； 獲取其他參數，其他參數包括幀頻、幀相關系數及像素； 根據上述參數自動調整所述幀平均強度。7.根據權利要求6所述的超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于步驟“根據上述參數自動調整幀平均強度”具體包括: 根據幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素得到幀平均權重系數； 根據所述幀平均權重系數調整所述幀平均強度。8.一種超聲成像系統的幀平均處理方法，其特征在于包括步驟: 生成查找表，所述查找表定義為當前幀輸出像素與參數的關系表，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數、上一幀輸出像素及當前幀輸入像素； 獲取上述參數； 根據獲取的參數于所述查找表中索引而獲取對應的當前幀輸出像素。9.一種超聲成像系統，其特征在于包括: 參數獲取單元，其用于獲取參數，所述參數包括幀平均等級、幀頻、幀相關系數及像素；處理單元，其用于獲取幀平均權重系數，并利用所述幀平均權重系數進行幀平均處理，所述幀平均權重系數與上述參數相關。10.根據權利要求9所述的超聲成像系統，其特征在于，所述像素包括上一幀輸出像素及當前幀輸入像素，所述處理單元還用于:當上一幀輸出像素的絕對值小于當前幀輸入像素的絕對值時，降低所述幀平均權重系數，當上一幀輸出像素的絕對值不小于當前幀輸入像素的絕對值時，提高所述幀平均權重系數。
【文檔編號】A61B8/06GK106037793SQ201610307535
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】凌濤
【申請人】飛依諾科技(蘇州)有限公司