[發(fā)明專利]超聲圖像腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線分類方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210576486.4
• 申請(qǐng)日: 2012-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN103049766A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宏益;唐娉;張本奎;張曉東;李建初
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所;中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院
• 主分類號(hào): G06K9/66
• 分類號(hào): G06K9/66;G06K9/54
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，具體地說就是將超聲圖像處理中的曲線提取技術(shù)、曲線平滑技術(shù)、曲線特征提取技術(shù)，應(yīng)用于腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線分類的方法。

背景技術(shù)

彩色多普勒超聲是腎動(dòng)脈狹窄的首選篩查工具。多普勒超聲技術(shù)將直接檢查腎動(dòng)脈和多普勒測定腎血流技術(shù)相結(jié)合，既能夠獲得顯示雙腎的二維結(jié)構(gòu)圖像，并可以在圖像上測量腎臟的長、寬、厚徑，又能獲得顯示雙腎葉間動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)的圖像，基于該血流頻譜信號(hào)圖像可測量葉間動(dòng)脈最大峰值血流速度、阻力指數(shù)及加速時(shí)間等。利用圖像處理技術(shù)自動(dòng)分析腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)并對(duì)其分類是醫(yī)學(xué)圖像處理的重要內(nèi)容，至今尚未見到相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種用于超聲圖像腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線分類的方法。本發(fā)明的基本思路為：首先在超聲圖像上提取出腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線；然后對(duì)血流頻譜信號(hào)曲線進(jìn)行歸一化和平滑以及周期提取；繼而提取血流頻譜信號(hào)曲線的特征；最后使用這些特征對(duì)血流頻譜信號(hào)曲線進(jìn)行分類器訓(xùn)練和分類。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的超聲圖像腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線分類方法的技術(shù)方案，流程如圖1所示，具體包含如下步驟：

A曲線提取：在多普勒超聲圖像中提取腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線，先在整幅超聲圖像中分割出包含血流頻譜信號(hào)部分的圖像，之后對(duì)血流頻譜信號(hào)部分圖像分割出前景和背景，前景和背景中間的分界線就是腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線；

B曲線歸一化：將提取的腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線歸一化，使所有曲線縱軸方向的血流速度單位統(tǒng)一；

C曲線平滑：對(duì)歸一化后的曲線進(jìn)行平滑處理，去掉一些小的毛刺；

D周期提取：對(duì)平滑后的曲線進(jìn)行周期提取，提取后的曲線只包含一個(gè)完整的血流頻譜信號(hào)周期；

E特征計(jì)算：計(jì)算一個(gè)周期的血流頻譜信號(hào)曲線的特征；

F分類器訓(xùn)練：設(shè)定腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線為兩種不同的類型，一類曲線變化平滑，另一類曲線變化陡峭，使用訓(xùn)練樣本對(duì)分類器進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果調(diào)整分類器參數(shù)和曲線特征組合，得到最優(yōu)的分類器模型和特征組合；

G曲線分類：使用F訓(xùn)練好的分類器模型及對(duì)應(yīng)的特征組合對(duì)腎動(dòng)脈血流頻譜信號(hào)曲線進(jìn)行分類。

上述實(shí)施步驟的特征在于：

步驟A采用預(yù)設(shè)的區(qū)域范圍值進(jìn)行血流頻譜信號(hào)部分圖像的分割。雖然不同型號(hào)的多普勒超聲成像設(shè)備的血流頻譜信號(hào)部分在圖像中的位置不同，但同一機(jī)型的血流頻譜信號(hào)部分在圖像中的位置是相同的。繼而采用摳圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)血流頻譜信號(hào)前景和背景的分割。

步驟B曲線歸一化和步驟C曲線平滑沒有順序關(guān)系，即步驟B和步驟C只要在步驟A和步驟D之間即可。

步驟C曲線平滑采用均值漂移方法，目的是使曲線局部變得光滑而又不改變曲線整體的情形，以濾除步驟A采用摳圖技術(shù)提取的曲線上的一些小的毛刺。

步驟D結(jié)合曲線上升峰的個(gè)數(shù)和曲線的一階導(dǎo)數(shù)值來提取周期。

步驟E特征計(jì)算是計(jì)算周期提取后的血流頻譜信號(hào)曲線特征，這些特征包含均值、方差、形狀上下文、二次曲線擬合參數(shù)、曲線峰值、曲線起點(diǎn)值、曲線峰值與曲線起點(diǎn)值的差。

步驟F分類器訓(xùn)練是將步驟E計(jì)算的曲線特征進(jìn)行組合，輸入到支持向量機(jī)分類器中進(jìn)行訓(xùn)練，并根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果調(diào)整曲線的特征組合，得到最優(yōu)的分類器模型，并記錄最優(yōu)分類器模型參數(shù)和對(duì)應(yīng)的特征組合。其中支持向量機(jī)分類器的核函數(shù)選用徑向基函數(shù)，交叉驗(yàn)證使用M折交叉驗(yàn)證模式。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：采用摳圖技術(shù)提取超聲圖像中的血流頻譜信號(hào)曲線，雖然增加了人機(jī)交互的步驟，但提高了曲線提取的準(zhǔn)確度；組合不同的血流頻譜信號(hào)曲線特征進(jìn)行分類器訓(xùn)練，可以得出比較好的分類器模型。

附圖說明

圖1血流頻譜信號(hào)曲線分類技術(shù)流程圖

圖2多普勒超聲圖像示意圖

圖3血流頻譜信號(hào)曲線摳圖示意圖

圖4血流頻譜信號(hào)曲線周期提取示意圖

圖5血流頻譜信號(hào)曲線周期圖像

圖6形狀上下文計(jì)算示意圖

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖，描述本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式。

圖1是血流頻譜信號(hào)曲線分類技術(shù)流程圖，包括7個(gè)步驟，分別是：曲線提取，曲線歸一化，曲線平滑，周期提取，特征計(jì)算，支持向量機(jī)分類器訓(xùn)練，曲線分類。