[發明專利]一種超聲圖像中運動探針檢測和定位方法

在審

• 申請號: 201410507562.5
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN104268878A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 柳欣;鐘必能;王華珍;孫增國;杜吉祥
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;楊鍇

技術領域

本發明涉及醫療及醫學圖像處理領域，更具體地說，涉及一種超聲圖像中運動探針檢測和定位方法。

背景技術

超聲影像運動探針監測和定位是醫學圖像導引手術治療過程中的一項關鍵技術，其定位準確的有效性直接關系到手術的成敗。

隨著超聲醫學影像技術的發展及對疾病進一步進行研究和治療的需要，如何利用圖像分析引導技術從超聲圖像中快速精確的檢測運動探針區域，并定量地獲得介入式探針器械的相關位置信息，是提高手術成功率的關鍵，并已成為在超聲影像介入式治療中一個迫切需要解決的問題。

目前，大多數介入式治療中運動探針位置的檢測和定位是借助于超聲醫學影像技術，并由人工判斷，需要依賴醫生的臨床經驗，需耗費大量的人力資源。因此，讓計算機自行對超聲圖像中的針狀物進行檢測和定位具有廣泛的實際應用價值。

近年來，隨著一些新興圖像分割技術的出現和發展，醫學超聲圖像分割得到了迅速的發展。然而，這些分割方法主要集中應于器官、血管的分割，而對于類似探針器械物體的分割，國內外的研究比較少。雖然，國外有研究機構在CT和MRI圖像中做過針狀物的定位和分割的工作，但需加入過多的先驗知識，自適應性不強，并且對噪聲較為敏感，有一定局限性。此外，這些方法直接應用在超聲圖像中運動探針檢測和定位的準確性和魯棒性等方面還是有許多改進的地方，離實際臨床應用還有很多工作要做。

一般而言，超聲影像圖像序列往往存在低對比度、高信噪比、邊界模糊、探針與其他灰度相近肌能組織粘連等不利因素，使得準確的探針檢測和定位仍是一個挑戰性難題。此外，在超聲影像圖像形成的過程中，當超聲波長與照射物體表面粗糙度相當時，就會極易產生斑點噪聲。這些斑點噪聲的存在使得超聲圖像質量較差，尤其是掩蓋和降低了圖像某些細節信息，在一定程度上干擾了探針位置的信息檢測，為病情診斷及定量分析帶來不利影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠克服超聲圖像中密度分布不均勻、低對比度、存在噪聲和弱邊界等不利影響的超聲圖像中運動探針檢測和定位方法。

本發明的技術方案如下：

一種超聲圖像中運動探針檢測和定位方法，步驟如下：

1)對超聲序列圖像向量化和矩陣化，得到超聲影像數據矩陣，并交互式初始化；

2)根據步驟1)形成的二維超聲影像數據矩陣進行低秩建模和稀疏分解，得到矩陣低秩模型，并進行連續奇異像素支持區的交替檢測，得到整體影像序列奇異像素支持區；

3)利用步驟2)中得到的奇異像素支持區，轉化其每一列向量為原始超聲圖像單幀大小，得到單幀稀疏塊掩模區，并計算該掩模中的所有8聯通區域，選取較大區域作為檢測探針區域并進行空洞填充；

4)通過計算檢測到的探針區域中心點位置方法，找到探針具體空間位置信息。

作為優選，步驟2)的矩陣低秩模型具體通過如下模型求解：

首先建立矩陣低秩數學模型，對于含有運動探針的超聲影像圖像序列，將每幅圖像排列為一個向量；

然后將所有超聲圖像序列對應的向量排列成為一個矩陣，則穩定的背景部分對應于矩陣低秩部分，運動探針區域應于矩陣稀疏部分。

作為優選，設定運動探針為連續出現的異常信息進行求解，設ij表示影像序列矩陣中第j個列向量中的第i個像素，S∈{0,1}^p×F表示奇異像素支持區，其中p為列向量維度，F為序列幀數，則S_ij＝1表示ij位置為探針區域，S_ij＝0為背景區域；將探針檢測的目的轉化為在構建低秩模型的情況下，尋求最佳奇異像素支持區的估計過程。

作為優選，在奇異像素支持區的檢測過程中，通過對稀疏矩陣每一列分量轉化為原始超聲影像圖像矩陣大小，并進行平滑處理，達到消除細小奇異像素點的目的。

作為優選，進一步地，利用高斯模型建模，采用自適應閾值選擇法選取目標稀疏塊掩模，來進行連續奇異像素支持區的檢測。

作為優選，一步地，步驟3)中，單幀檢測到的單幀稀疏塊掩模區，是通過求解奇異像素支持區得到的每一列向量的矩陣轉化形式。

作為優選，步驟1)具體為：對于含有運動探針的超聲影像圖像序列，將每幅尺度為m×n的圖像排列為一個向量，再將所有超聲圖像序列對應的向量排列成為一個矩陣D＝[vec(I₁)|…|vec(I_F)]∈R^p×F，其中p＝m×n為向量維度，F為序列幀數，則穩定的背景部分對應于矩陣低秩部分，而運動探針區域應于矩陣稀疏部分；