超声图像的实时放大方法
技术领域
本发明涉及医学超声图像的实时放大方法。
背景技术
超声图像放大在医生对细节的诊断中起着重要的作用。目前,大部分超声成像***对于放大功能主要基于图像后处理,即根据用户选择的感兴趣区域,通过图像处理来进行放大。从工作流程上来讲,用户得先按下“zoom”,此时出现一个感兴趣区域框,用户可以通过移动魔球来改变感兴区域框的位置,从而在主界面上显示被放大的图像。被放大的图像可能是弹出式的,也有可能是被放大图像出现在主图对应的位置等等。但是,由于被放大的图像和主图共用一个原始数据源,被放大图像只是主图感兴趣区域内的局部图像后处理放大,感兴趣区域内对应的扫描线数和采样点数有限,被放大的图像使用有限的数据信息插值得到放大的图像,这种情况下放大图像质量不是太高。
后来有人提出对主图像和放大图像在IQ域上采取不同的处理,例如对被放大的图像在做包络检测之前做横向或轴向的插值而不损失帧频。这种方法主图和被放大图还是共用同样的原始数据,并没有提高被放大区域的信息量。
为了改善放大图像质量,有人提出“实时声放大”的方法,就是在前端根据用户选择的感兴趣区域的大小,让感兴趣区域的扫查线数和采样点数尽可能多,这样感兴趣区域内的原始信息量大大增加,被放大的图像就会具有较高的空间分辨率和对比度。采取这增加线密度和采样点数的方法有时并不足以能够提高被放大图像的质量,因为很多情况下,不论是采样线还是采样点已经到达过采样的程度,再增加线和点已经不能提高图像质量了。对于主图和被放大图的显示,目前大致有两种情况:1.只对感兴趣区域进行扫查,看不到主图或者主图不能实时显示;2. 采取非均匀线密度采样的方法实现主图和被放大图的显示,对于非放大区域,采用低密度采样(包括横向和轴向);对于放大区域,采取高密度采样(包括横向和轴向)。主图放大区域的显示用放大区域高密度采样的数据经过横向和轴向抽取后显示在主图上。采用这种方法,放大区域和非放大区域共用一帧,没法从整个成像链路上对主图和被放大图进行单独控制。一旦放大区域和非放大区域采用了不同的控制参数,放大区和非放大区图像的配准也是个问题。
对于目前的图像放大技术来说,如果主图的压缩前动态范围大,而感兴趣区域内的压缩前的数据动态范围小,并且感兴趣区域内的数据采用和主图一样的压缩方法,放大的图像灰阶范围必定很小,不利于呈现感兴趣区域内的图像细节。
总结一下,目前使用的超声图像放大方法存在如下问题:
(1)在主图和被放大图像同时显示的情况下,共用同一原始数据源,放大主要是中端或者后端的插值等处理将图像放大到指定的倍数,这样方法实现简单,但降低了被放大图像的质量,不利于细节诊断;
(2)利用实时声放大技术对超声图像进行放大,目前采取的增加采样线和采样点的方法不能有效的提高放大图像的质量,因为在很多情况下采样点和采样线都已经过采样了。采取放大区和非放大区非均匀线扫查方式,放大区和非放大区不能从整个成像链路上进行单独控制。因为主图利用了放大图的高密信息,主图上放大区域的前端和放大区域的前端扫查和数据链路是共享的。
(3)如果主图的压缩前动态范围大,而感兴区内的压缩前的数据动态范围小,并且感兴区内的数据采用和主图一样的压缩方法,放大的图像动态范围必定很小,无法呈现感兴趣区域内的图像细节。
发明内容
本发明的目的是提供对主图像和放大图像分别进行独立扫查并且在成像链路处理上也分别独立控制的超声图像实时放大方法,该放大方法能够提高放大图像的质量,并且该放大方法还采用感兴趣区域内数据依赖的压缩方法以扩展灰阶的动态范围,实现感兴趣区域内图像细节的呈现。
为达到上述目的,本发明采用了以下技术方案:超声图像的实时放大方法,包括在主图像上出现能够移动的感兴趣区域框,得到对应于所述感兴趣区域框的放大图像,所述主图像的超声扫查和所述放大图像的超声扫查是相互独立的,所述主图像的扫查成像链路处理和所述放大图像的扫查成像链路处理也是相互独立的,在所述放大图像的扫查成像链路处理上,采用了所有能提高所述放大图像分辨率和对比度的处理方式,该处理方式包括发射控制方式、接收控制方式、信号中处理方式、图像后处理方式,所述发射控制方式包括控制发射波形、发射电压、发射焦点、发射孔径或发射线密度,所述接收控制方式包括控制前放增益、A/D采样率、接收孔径、接收线密度或波束合成,所述信号中处理方式包括控制增益、解调或滤波,所述图像后处理方式包括所述主图像上所述感兴趣区域框内数据依赖的压缩方法,在该压缩方法中,设定所述主图像上感兴趣区域框中的数据在压缩前分布在D1~D2段,并且所述主图像上该D1~D2段数据压缩后的灰阶的动态范围为G1~G2,则所述放大图像上该D1~D2段数据压缩后的扩展灰阶的动态范围为Gmin~Gmax,
Gmin=max (k1*G1, 0)
Gmax=min (k2*G2, 255)
其中k1<l、k2>1,
所述放大图像上D1~D2段数据的压缩曲线C(x)=A+B* log(1+x),x指所述D1~D2段数据的值,C(x)指压缩后的灰阶值,
进一步地,所述感兴趣区域框具有处于所述主图像内的第一移动位置和脱离所述主图像的第二移动位置,在所述感兴趣区域框处于第一移动位置时,只显示所述放大图像,或同时显示所述主图像和所述放大图像;在所述感兴趣区域框处于第二移动位置时,只显示所述主图像。
更进一步地,在同时显示所述主图像和所述放大图像时,所述主图像的超声扫查和所述放大图像的超声扫查是依次交替进行的。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:主图像和放大图像采用相互独立的超声扫查控制以及扫查成像链路处理,这样不仅仅能提高放大图像的采样线密度和采样率,而且在整个成像链路上,所有能提高放大图像分辨率和对比度的参数和信号处理全部可以应用于放大图像上,这样相比于目前的利用图像后处理插值或前端增加采样线和采样点来提高放大图像质量的方法比,能更全面、更有效、更大限度地提高放大图像的质量。还采用感兴趣区域内数据依赖的压缩方法将感兴趣区域内的信息以扩展后的动态范围呈现出来,能够看到更多的放大图像细节。
附图说明
附图1为本发明的***框图;
附图2为本发明中感兴趣区域的扩展灰阶显示示意图;
附图3为本发明的放大模式工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步阐述本发明的结构。
一种超声图像的实时放大方法,包括在主图像上出现能够移动的感兴趣区域框,得到对应于感兴趣区域框的放大图像,主图像的超声扫查和放大图像的超声扫查是相互独立的,在进入zoom模式,主图的扫查时序和放大区域(感兴趣区域)的扫查时序能够完全独立控制,用S
main
表征主图一帧的扫查,用S
zoom
表征放大区域一帧的扫查,在simultaneous模式,医生想同时看到实时的主图和放大图,则采用交替扫查的方式
S
main
,S
zoom
,S
main
,S
zoom
,S
main
,S
zoom
,…
这样的扫查时序可以任意组合,医生根据需求来组合,比如,医生只想用主图做参考图像(Main reference),主要看放大图,这样扫查时序可以变为
S
main
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,…
如果医生只想看被放大的图像(zoom only),扫查时序可以变为
S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,S
zoom
,…
设置放大模式,根据医生的设置选择合适的扫查时序。在zoom only模式下,显示模式为单显模式,只显示放大图像。一旦退出zoom模式,扫查时序回复为正常的主图扫查时序
S
main
,S
main
,S
main
,S
main
,S
main
,S
main
,…
以上S代表扫查,适用于所有的二维扫查模式。
主图像的扫查成像链路处理和放大图像的扫查成像链路处理也是相互独立的,对于放大区域,医生希望看到高质量的放大图像细节,因此对于放大区域,不仅仅是提高线密度和采样率(采样点数),在整个成像链路上,所有能提高被放大区域图像分辨率和对比度的参数和信号处理全部可以应用于被放大图像。在图1中,当用户按下zoom后,***进入zoom模式,此时前端根据用户的设置(选用simultaneous模式)交替扫查主图帧和放大图帧,两路扫查完全独立,信号链路上的参数和算法处理也是独立的,前端发射控制对于主图像和放大图像可以设置不同的发射波形、发射电压、发射焦点控制、发射孔径或发射线密度等;接收控制对于主图像和放大图像可以设置不同的前放增益、A/D采样率、接收孔径、接收线密度或波束合成的方法等;信号中处理可以设置不同的增益、不同的解调控制、滤波设置或中处理算法;图像后处理也可设置不同的参数和算法等。主图对应的模式和放大模式伴随整个成像链路,这样能在整个链路上设置不同的参数和算法。主帧和放大帧经过发射控制、接收控制、信号中处理、图像后处理后形成各自的图像在显示器上显示。下面给出扫查成像链路处理的具体实施例:降低主图线密度,增加放大区域的线密度,提高放大图像质量的同时保持帧频,被放大区域扫查可以采取更高的发射频率和不同的发射波形,信号中处理时,根据发射频率对主图像和放大图像做相应的解调处理,这样被放大区域的图像横纵向分辨率会更好,从而获取高分辨率的感兴趣区域内的放大图像,放大区域和主图采用不同发射焦点控制机制,使得感兴趣区域内的焦点控制更精细,放大区域小的情况下可以采取自适应的波束合成方法,提高图像的分辨率和对比度,基于感兴趣区域的数据量,中处理放大区域可以给出更优可能耗时的解调滤波器,给放大区域应用图像处理自动优化算法,提高放大图像的对比度。上述的成像链路处理适用于所有的二维扫查模式。上面只是给了一些具体实施的例子,从超声成像整个链路上,从发射到最终显示,根据不同的应用能够提高放大图像质量的参数和方法可以应用到放大区域的图像上从而方便医生看到好的图像细节。
在放大图像的图像处理中,本发明给出了一种主图像上感兴趣区域框内数据依赖的压缩方法。由于主图像的压缩前动态范围大,而感兴趣区域内的压缩前的数据动态范围小,如果感兴趣区域内的数据采用和主图一样的压缩方法,放大的图像动态范围必定很小,如图2的左图所示为主图的压缩曲线,感兴趣区域在压缩前的数据分布在D1~D2段,如果采用和主图像一样的压缩方法,该D1~D2段数据压缩后的灰阶的动态范围G1~G2很小,这样放大后的图像对比度和层次感不强,不利于细节诊断,因此对放大区域采取基于数据的压缩曲线以实现感兴趣区域动态范围的扩展。将D1~D2在去除一定噪声的情况下映射到Gmin~Gmax,Gmin和Gmax按如下方式确定:
Gmin=max (k1*G1, 0)
Gmax=min (k2*G2, 255)
其中k1<l、k2>1,kl和k2可以根据不同的应用进行设置。然后给出一个压缩曲线模型C(x)=A+B* log(1+x),如图2的右图所示,其中
x指所述D1~D2段数据的值,C(x)指压缩后的灰阶值,这样就实现D1~D2向Gmin~Gmax的映射。通过扩展动态范围,感兴区内的细节才能看得更为清楚。
基于以上的控制机制,为了方便zoom的操作,本发明给出了一种放大工作中快速退出zoom的方法。医生按下zoom键,此时***进入zoom模式,主界面会显示当前工作在zoom模式,***根据医生选择的放大设置来决定***进入双显模式还是全放大模式。当进入全放大模式时,没有主图,只有被放大的图,用魔球来改变感兴趣区域框的位置,得到对应的放大图。当进入双显模式时,主图和被放大图同时显示,如图3。主图和放大图的位置和大小可以设置和调整。光标和感兴趣区域框停在主图一侧,被放大的图像在另一侧。感兴趣区域的大小可以调整,放大的倍数可以控制。当感兴趣区域框从主图图像上移走时,感兴区域框和光标消失,自动退出zoom模式,回复到正常的扫查模式和单显模式,如图3。现有技术中,要退出zoom模式,还得再按一次zoom键或者通过减小放大倍数将图像恢复为原图,现有的zoom退出操作比较麻烦。而本发明中用户通过按一次zoom键,再利用魔球操作就可以实时看到主图全貌和被放大的图像细节和退出放大模式,并不需要再次按下zoom键退出zoom模式,退出操作简单、方便、快捷。当然,本发明也具有现有的zoom退出操作功能,即在zoom模式下,也可以通过再次按下zoom键退出zoom模式。
本发明的超声图像实时放大方法,主图像和放大图像的显示可以根据用户的需求灵活配置,主要包括:单显还是多显,以及对主图和放大图的实时性要求,主图和放大图有独立可控的前端扫查控制和信号链路处理方式,这样相比于目前的利用图像后处理插值或前端增加采样线和采样点来提高放大图像质量的方法比,更全面,更有效,更大限度地提高放大图像的质量。还采用感兴趣区域内数据依赖的压缩方法将感兴趣区域内的信息以扩展后的动态范围呈现出来,能够看到更多的放大图像细节,同时放大的退出操作流程被简化。