[發(fā)明專利]一種二維超聲圖像的三維重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910248769.4
• 申請(qǐng)日: 2009-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN102106741A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱力軍;趙建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東軟飛利浦醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): A61B8/00
• 分類號(hào): A61B8/00;G06T7/00;G06T15/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，具體的說是一種二維超聲圖像的三維重建方法。

背景技術(shù)

超聲醫(yī)學(xué)與其它技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)，由于是非入侵式的，具有無害，無痛，直觀使用等特性，是臨床醫(yī)學(xué)不可缺少的影像診斷方法之一，并已經(jīng)在臨床醫(yī)學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的B型超聲成像系統(tǒng)只能提供掃描物體的二維序列圖像，醫(yī)生只能將這些斷層圖像通過人腦將它們重建成三維物體，這要求醫(yī)生要有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)和空間想象能力。

三維超聲成像具有圖像顯示直觀、可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷參數(shù)的精確測(cè)量以及在醫(yī)學(xué)教學(xué)和手術(shù)規(guī)劃方面有廣泛應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。由于三維超聲探頭價(jià)格昂貴，所以通常采用的方法是在采集一系列二維超聲圖像的同時(shí)采集相應(yīng)的空間位置信息然后重組成三維圖像。

但是由于探頭自由平行移動(dòng)或者是自由旋轉(zhuǎn)帶來的隨意性也使得所采集到的二維圖像在空間上排列是不規(guī)則的，再加上超聲成像的一些固有局限性，會(huì)帶來如下幾個(gè)問題：

1.三維非標(biāo)準(zhǔn)體元數(shù)據(jù)到三維標(biāo)準(zhǔn)體元數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，一般采用最近鄰法將二維圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維笛卡兒坐標(biāo)系中；

2.空間未被采樣點(diǎn)位置的隨機(jī)性導(dǎo)致的插補(bǔ)問題，采用獲得的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)在三維數(shù)據(jù)體中的分布呈不均勻現(xiàn)象，在空間有些位置出現(xiàn)過采樣，有些位置出現(xiàn)欠采樣；

3.重復(fù)采樣導(dǎo)致過采樣點(diǎn)的灰度值計(jì)算不準(zhǔn)確的問題。

三維超聲成像技術(shù)比傳統(tǒng)二維成像技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)，它可以使成像結(jié)果更為直觀，對(duì)病變組織定位更準(zhǔn)確，一次成像后可以從不同的角度反復(fù)觀察等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，三維超聲成像領(lǐng)域的研究工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。從臨床應(yīng)用的角度來看，大幅度提高三維圖像重建質(zhì)量和重建速度是必須要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述三維圖像重建質(zhì)量差以及重建速度慢等不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種三維圖像質(zhì)量好、速度快的二維超聲圖像的三維重建方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種二維超聲圖像的三維重建方法包括以下步驟：

通過機(jī)械驅(qū)動(dòng)掃描方式獲取二維圖像數(shù)據(jù)；

判斷掃描類型，如果為扇形掃描或旋轉(zhuǎn)掃描，則采用扇形掃描旋轉(zhuǎn)掃描處理算法對(duì)二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)；

利用上述規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)通過光線投射算法進(jìn)行三維圖像的顯示。

所述扇形掃描處理算法的處理步驟為：

感興趣區(qū)的提取：對(duì)于通過扇掃/旋轉(zhuǎn)掃描方式獲取的原始二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行感興趣區(qū)提取，剔除不需要的數(shù)據(jù)信息，得到感興趣區(qū)數(shù)據(jù)；

計(jì)算規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的大小：根據(jù)感興趣區(qū)數(shù)據(jù)及原始二維圖像數(shù)據(jù)中的掃描角度，確定超聲探頭所在位置，以超聲探頭所在位置為極坐標(biāo)的原點(diǎn)，通過以下公式計(jì)算規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的大小，得到規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)、寬、高：

Depth＝2R2sinθ

Height＝R2-R1cosθ

其中，Depth為數(shù)據(jù)場(chǎng)Z方向的深度值，Height為數(shù)據(jù)場(chǎng)Y方向的高度值，θ為原始二維圖像數(shù)據(jù)中掃描角度的半角，R1為極坐標(biāo)原點(diǎn)到感興趣區(qū)數(shù)據(jù)場(chǎng)近端的半徑長(zhǎng)度，R2為極坐標(biāo)原點(diǎn)到感興趣區(qū)數(shù)據(jù)場(chǎng)遠(yuǎn)端的半徑長(zhǎng)度；

改進(jìn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和插值算法：將坐標(biāo)變換和插值修補(bǔ)融合成為一個(gè)步驟，即在規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)中分別對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)形式，求出該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的極坐標(biāo)的半徑和角度值；根據(jù)扇形掃描方式的特點(diǎn)和角度值確定當(dāng)前的像素點(diǎn)在規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)中對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的原始圖像上，或者是在規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)中介于哪兩幅原始圖像之間；根據(jù)計(jì)算規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的大小步驟中得到的規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)、寬、高以及掃描的角度值，將像素點(diǎn)分為三類分別進(jìn)行處理，得到當(dāng)前像素點(diǎn)的四個(gè)近鄰點(diǎn)再進(jìn)行雙線性插值計(jì)算，得到當(dāng)前像素點(diǎn)的灰度值；

濾波處理：對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)場(chǎng)像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行濾波，得到去噪后的規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)，通過光線投射算法進(jìn)行三維圖像的顯示。

所述旋轉(zhuǎn)掃描處理算法為：

感興趣區(qū)的提取：對(duì)于通過旋轉(zhuǎn)掃描方式獲取的原始二維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行感興趣區(qū)提取，剔除不需要的數(shù)據(jù)信息，得到感興趣區(qū)數(shù)據(jù)；

計(jì)算規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的大小：

規(guī)定規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的寬度即為二維圖像的寬度，規(guī)則體數(shù)據(jù)場(chǎng)的高度和深度為均為二維圖像的高度的2倍；