CN117522722A - 一种超声多普勒血流图像处理方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声多普勒血流图像处理方法及相关设备，所述方法包括：获取超声多普勒血流图像，计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差；根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，获取所述超声多普勒血流图像中血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向；根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑，对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑。本发明通过以上处理可以实现针对边界沿着边界方向平滑，有效改善边界锯齿伪像，同时针对非边界部分降低平滑权值，保留原始血流动力学特征，提升血流显示效果。

Description

一种超声多普勒血流图像处理方法及相关设备

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及的是一种超声多普勒血流图像处理方法、血流图像处理装置及计算机可读存储介质。

背景技术

超声成像因其无损、低成本、实时成像的特点被广泛应用于医学影像诊断过程，超声典型应用场景是通过高压激励超声探头产生超声波信号照射到被测组织内，并接收组织返回的信号，由于不同组织因反射率不同导致接收信号幅度存在差异，因此可以对接收到的回波信号进行一系列信号处理之后得到反应组织解剖结构的图像输出到显示器供医生进行诊断。

多普勒血流成像是超声成像的另外一种成像模式，利用多普勒原理对人体组织内部血流运动(包括运动方向和运动速度)进行二维成像，把血流运动的速度和方向通过伪彩色编码进行显示。通常红色表示血流顺着探头发射方向运动，蓝色表示血流逆向探头发射方向运动。伪彩色编码后的图像叠加到二维图像上，可以方便医生同时观察二维解剖结构信息以及血流运动信息。

多普勒血流成像原理如图1所示，通过对在同一个位置多次发射产生回波信号，分别经过正交解调、低通滤波、壁滤波、自相关运算之后可以同时得到速度、能量和方差三个血流分量，通过单个或者多个分量进行阈值处理将噪声信号和血流信号分离，然后进行图像后处理之后和黑白图像融合之后输出到显示器进行显示。

因为血流和噪声信号往往存在空间重叠部分，且现有技术为了保持图像刷新帧率，参与自相关运算的点数通常比较少，造成血流信号本身的信噪比偏低，自相关之后的速度、能量和方差经过阈值判断之后会出现彩色孤立噪声，或者血管内部黑洞，边缘锯齿状不平滑等问题，图像黑洞会影响血流成像灵敏度，而孤立噪声信号会造成操作者判断困难，影响疾病诊断。

所以在商用超声机器设计过程中会对得到的原始血流信号进行图像处理操作，减弱最终输出图像的闪烁噪声，补充血流内部黑洞，边缘保持平滑。

现有技术中常用的彩色图像处理方法主要是对血流信号进行空间平滑(包括沿扫描线方向一维平滑或者二维空间平滑)，平滑后的图像可以有效改善边界锯齿伪像。或者首先根据血流特征确定血流信号边界或者黑洞标记，仅针对边界或者黑洞标记点进行空间平滑处理，从而不会影响正常血流信号成像。

但现有的技术中，平滑的效果往往不佳，导致平滑后的图像出现模糊、降低分辨率等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声多普勒血流图像处理方法及相关设备，旨在解决现有技术对于血流图像平滑效果不佳的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明提供一种超声多普勒血流图像处理方法，包括：

获取超声多普勒血流图像，计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差；

根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，获取所述超声多普勒血流图像中血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向；

根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑，对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑。

进一步地，所述计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差具体是：

计算各个像素点在各个方向上与相邻两像素点的差值之和作为各像素点在各个方向上的方差。

进一步地，根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，所述获取血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向具体包括：

获取所述超声多普勒血流图像各点在各方向上的方差中的最大方差；

将最大方差大于设定的方差阈值的点作为边界像素点，将边界像素点的最大方差所在方向作为边界方向。

进一步地，根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑具体是：

计算各个所述边界像素点和自身在边界方向上的相邻两点的加权平均值作为自身方向性平滑后的值；

所述对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑具体是：

计算各个所述像素点以自身为中心的平滑窗宽范围内的像素点的加权平均值作为自身平滑后的值。

进一步地，还包括：

获取输入的第一参数设置；

根据所述第一参数设置调节所述方向数量和所述平滑窗宽。

进一步地，所述根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑执行第一循环次数，所述对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑执行第二循环次数。

进一步地，还包括：

获取输入的第二参数设置；

根据所述第二参数设置调节所述第一循环次数和所述第二循环次数。

进一步地，还包括：

获取当前的图像处理开关设置；

若图像处理开关设置为开，则输出各个像素点平滑后的图像；

若图像处理开关设置为关，则输出各个像素点原始的图像。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种血流图像处理装置，所述血流图像处理装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被所述处理器执行时控制终端实现如上所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被处理器执行时实现如上所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。

本发明采用上述技术方案具有以下效果：

本发明首先对血流图像进行邻域分析，计算不同方向方差，根据方差较大的方向得到边界和边界主方向，根据边界主方向标记对血流图像的血管边界进行方向性平滑处理，并对常规方向进行普通平滑处理，通过以上处理可以实现针对边界沿着边界方向平滑，有效改善边界锯齿伪像，同时针对非边界部分降低平滑权值，保留原始血流动力学特征，提升血流显示效果。

附图说明

图1是现有技术的常规超声彩色多普勒超声成像设备的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例中超声多普勒血流图像处理方法的步骤流程图；

图3是本发明较佳实施例中超声多普勒血流图像处理方法的流程图；

图4是本发明较佳实施例中计算方向方差时方向划分的示意图；

图5是本发明较佳实施例中超声多普勒血流图像的速度绝对值示意图；

图6是本发明较佳实施例中获取的血流边界的示意图；

图7是本发明较佳实施例中获取的血流边界方向的示意图；

图8是本发明较佳实施例中血流图像处理装置所应用的超声彩色多普勒超声成像设备的结构示意图；

图9是本发明实施例的血流图像处理装置的较佳实施例的运行环境示意图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

现有血流图像处理方法主要是针对血流信号进行各向同性的空间平滑处理。

例如，现有技术存在一种针对彩色血流成像边界处理方法，首先根据速度或者能量图找出边界点，针对边界点通过邻域图像进行加权平均处理，改善边界成像效果。该方法采用各项同性平滑，当平滑次数或者平滑窗较小时，边界改善不明显。增大平滑次数或者平滑窗导致边界平滑过于模糊，对于小血管会降低血流成像分辨率。

又如，现有技术还提出了类似处理方法，不同之处在于获取边界标记方法。首先根据速度和能量确定血流标记，然后对标记进行二维空间平滑处理，通过平滑前后的血流标记差异确定血流边界，该方法不仅能够改善边界血流效果，同时对于血流黑洞有较好改进效果，同样因为各向同性二维空间平滑会造成边界模糊，降低血流分辨率。

又如，现有技术还提出了一种血流图像处理方法，通过速度和能量图进行血管方向标记，并对同一个方向标记断开的边界血流通过插值连接起来，用来改善血流灵敏度，但是该血管方向标记方法通过不同方向连续血流像素数量进行判断，针对小血管或者心脏等判断血管边界方法将不再适用。同时，该方法对于边界血流改善效果不明显。

又如，现有技术还提出了一种血流图像后处理方法，通过对血流速度、能量和方差图像进行二维平滑处理，该方法没有针对血流边界和非边界部分做区别处理，用同样的平滑窗针对整个血流图像做处理，当平滑较小时，对边界锯齿改善不明显，当平滑较大时，整个血流图像都会变模糊，影响血流图像的分辨率。

又如，现有技术还提出了一种多普勒血流图像后处理方法，针对血流速度和能量图像用奇数个邻域点进行加权平均，空间平均处理仅针对速度非零点进行平均，减少参与空间平均的速度异常点，有效消除彩色血流中血管内空洞和组织孤立点。该方法在平滑血管边界时去除了零值，虽然会改善边界的连续性，但同时也会导致血流边界血流动力学特征不明显。

针对上述现有技术平滑方法的缺点，本申请的一种超声多普勒血流图像处理方法，旨在解决现有技术对于血流图像平滑效果不佳的问题。

请参见图2，本申请的实施例一是一种超声多普勒血流图像处理方法。具体而言，请参见图2和图3，其包括步骤：

S1、获取超声多普勒血流图像，计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差；

具体而言，如图4所示，针对二维图像中任意一点在其邻域内计算不同方向的方差。

本实施例中，将超声多普勒血流图像分成6个方向，在其他可选实施例中，也可以将超声多普勒血流图像分成8个方向或4个方向等其他数量的方向，值得说明的是，方向越多方向性平滑效果越好，但计算量也越大。

此外，计算的窗宽也与其方向的多少相关，本实施例中，针对6个方向具体是3*5的窗宽进行计算。

在本实施例中，分别计算6个方向的方差，其中，像素点a在方向m的方差为像素点a在方向m上相邻的若干点之差的和：

Var(m,a)＝abs(DataIn(m,a+1)-DataIn(m,a))+abs(DataIn(m,a)-DataIn(m,a-1))；

其中，Var(m,a)表示像素点a在m方向上的方差，abs为取绝对值函数，DataIN(m,a)表示像素点a的取值，DataIN(m,a+1),表示像素点a在m方向上的下一个点的取值，DataIN(m,a-1),表示像素点a在m方向上的上一个点的取值。

其中，所述像素点的取值根据实际情况可以是血流的速度取值或血流的能量取值，本实施例中，其具体是血流的速度绝对值的取值。

本实施例中以像素点坐标为(i,j)的像素点在第-3的方向为例进行说明，其方差计算方法如下：

Var(m,i,j)＝abs(DataIn(i,j)-DataIn(i-1,j))+abs(DataIn(i+1,j)-DataIn(i,j))；

其中(i,j)表示数据在二维空间的坐标，m表示方向索引，该例中，m即为-3，坐标为(i,j)的像素点在-3方向上的下一个点即为坐标为(i+1,j)的像素点，坐标为(i,j)的像素点在-3方向上的上一个点即为坐标为(i-1,j)的像素点。其余方向计算方法与之类似。

S2、根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，获取血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向。

具体而言，方差是衡量数据离散程度的度量，边界处的方差大于非边界处，所以本发明根据方差的大小来确定主边界方向。本实施例中，设置有方差阈值Var_th，如果像素点最大方差大于预设阈值Var_th，则表示该像素点为边界，否则该像素点为非边界。

即，本实施中，先计算坐标为(i,j)的像素点在各个方向上的最大方差direction(i,j)：

direction(i,j)＝max{Var(m,i,j)}；

若最大方差direction(i,j)大于预设阈值Var_th，则坐标为(i,j)的像素点为边界像素点。

如图4所示为一幅肾脏血流图像方向性平滑示例，(a)表示肾脏速度绝对值，(b)表示通过最大方差获取到的肾脏血流边界，(c)表示根据最大方差方向获得的边界主方向。由图可知，本发明的方法准确的找到肾脏血流的边界。

direction(i,j)＝max{Var(m,i,j)}；

S3、根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑，对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑。

本实施例中，对二维图像中的一点，对边界和非边界部分采用不同的平滑方式。

针对边界部分进行方向性平滑，即针对边界像素点，求取边界像素点与自身相邻若干点在边界方向上的加权平均值。

例如，假如坐标(i,j)的像素点为方向为-2，则平滑算法如下：

DataSmooth(i,j)＝w0*DataIn(i-1,j-1)+w1*DataIn(i,j)+w2*DataIn(i+,j+1)；

其中，w0、w1、w2分别表示方向上三个像素点平滑的权值，DataSmooth(i,j)为坐标(i,j)的像素点平滑后的取值。

针对非边界部分进行二维空间平滑处理，以3*3平滑为例：

其中，w(m,n)表示空间平滑各点对应的权值。

为了增加平滑效果，步骤S3可以循环执行多次。经过边界伪像抑制后的图像，继续进行图像处理，接着将经过图像处理之后的速度、方差和能量图和黑白图像进行融合，然后经过伪彩色编码之后输出到显示器进行显示。

可选地，本实施例中，还接收参数设置和图像开关处理设置，具体而言，可以在本方法运行的血流图像处理装置上设置可以调节的档位，接收参数设置可以是获取当前的档位设置，每个档位预置不同的处理参数，如方向数量、边界平滑窗大小以及循环次数，非边界部分平滑窗大小和循环次数等，根据获取的档位设置，设定相应的方向数量、边界平滑窗大小以及循环次数，非边界部分平滑窗大小和循环次数。

也可以是用户可以通过菜单界面手动调节，输入方向数量、边界平滑窗大小以及循环次数，非边界部分平滑窗大小和循环次数等参数，进行直接的控制调节。

还可以是根据不同的探头和不同检查设定不同的处理参数，当用户选择相应探头或者相应检查时，加载不同的后处理参数，例如，针对甲状腺、肾脏等小血管可以减小平滑窗，更好的保持分辨率，针对心脏、颈动脉等大血管可以增加平滑窗，更好的平滑黑洞和边界。

以及，可选地，在本方法运行的血流图像处理装置上还可以设置有图像处理开关，本方法可以获取当前的图像处理开关设置；若图像处理开关设置为开，则输出各个像素点平滑后的图像；若图像处理开关设置为关，则输出各个像素点原始的图像。

本发明通过对血流能量或者血流速度绝对值分析方向性方差，确定血流信号边界标记以及信号边界主方向，对血流速度或者能量图像根据边界方向进行方向性平滑处理，不仅能够改善血流边界连续性，同时不会影响血流信号空间分辨率，其消除原始图像中黑洞和孤立噪声，同时改进边界锯齿伪像，提升血流图像的血流动力学显示特征。

实施例二

请参见图3，基于上述方法，本发明还提供了一种血流图像处理装置，如图5所示，血流图像处理装置作为常规超声彩色多普勒超声成像设备的一个组成部分。

在超声彩色多普勒超声成像设备中，其探头发射和接收超声波，其控制器对超声回波进行波束合成和I/Q解调、低通滤波操作，将数据解析为黑白图像数据和彩色的血流图像数据并分别处理。针对血流图像数据，进行壁滤波操作，滤除由组织缓慢运动带来的杂波，而后进行自相关运算得到速度、能量和方差三个血流分量，根据阈值处理把血流信号和噪声信号分离。

分离后经过血流图像处理装置进行血流图像处理。所述血流图像处理装置包括：存储器10、处理器20及存储在所述存储器10上并可在所述处理器20上运行的超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被所述处理器20执行时控制终端实现如上所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。

超声彩色多普勒超声成像设备的控制器针对黑白图像进行黑白图像处理操作，然后将处理后的黑白图像和血流图像进行图像融合，最终输出到显示器进行显示。

血流图像处理装置通过一个开关打开或者关闭，当需要关注原始图像时则关闭该装置，当希望提升血流成像效果时则打开。还可以设置成多个档位，每个档位预置不同的处理参数，如方向数量、边界平滑窗大小以及循环次数，非边界部分平滑窗大小和循环次数等。不同档位处理的程度不同，用户可以通过菜单界面手动调节。还可以根据不同的探头和不同检查设定不同的处理参数，当用户选择相应探头或者相应检查时，加载不同的后处理参数，例如，针对甲状腺、肾脏等小血管可以减小平滑窗，更好的保持分辨率，针对心脏、颈动脉等大血管可以增加平滑窗，更好的平滑黑洞和边界。

所述存储器20在一些实施例中可以是所述终端的内部存储单元，例如终端的硬盘或内存。所述存储器20在另一些实施例中也可以是所述终端的外部存储设备，例如所述终端上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器20还可以既包括所述终端的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器20用于存储安装于所述终端的应用软件及各类数据，例如所述安装终端的程序代码等。所述存储器20还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中，存储器20上存储有超声多普勒血流图像处理程序，该超声多普勒血流图像处理程序可被处理器10所执行，从而实现本申请中的超声多普勒血流图像处理方法。

所述处理器10在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行所述存储器20中存储的程序代码或处理数据，例如执行所述超声多普勒血流图像处理方法等。

实施例三

本实施例提供一种存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被处理器执行时实现如上所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。

综上所述，本发明首先对血流图像进行邻域分析，计算不同方向方差，根据方差较大的方向得到边界和边界主方向，根据边界主方向标记对血流图像的血管边界进行方向性平滑处理，并对常规方向进行普通平滑处理，通过以上处理可以实现针对边界沿着边界方向平滑，有效改善边界锯齿伪像，同时针对非边界部分降低平滑权值，保留原始血流动力学特征，提升血流显示效果。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。

当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，包括：

获取超声多普勒血流图像，计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差；

根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，获取所述超声多普勒血流图像中血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向；

根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑，对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑。

2.根据权利要求1所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，所述计算超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差具体是：

计算各个像素点在各个方向上与相邻两像素点的差值之和作为各像素点在各个方向上的方差。

3.根据权利要求1所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，根据所述超声多普勒血流图像各像素点在不同方向的方差，所述获取血管的各个边界像素点和所述边界像素点的边界方向具体包括：

获取所述超声多普勒血流图像各点在各方向上的方差中的最大方差；

将最大方差大于设定的方差阈值的点作为边界像素点，将边界像素点的最大方差所在方向作为边界方向。

4.根据权利要求1所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑具体是：

计算各个所述边界像素点和自身在边界方向上的相邻两点的加权平均值作为自身方向性平滑后的值；

所述对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑具体是：

计算各个所述像素点以自身为中心的平滑窗宽范围内的像素点的加权平均值作为自身平滑后的值。

5.根据权利要求4所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，还包括：

获取输入的第一参数设置；

根据所述第一参数设置调节所述方向数量和所述平滑窗宽。

6.根据权利要求1所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，所述根据各个所述边界像素点的边界方向对所述超声多普勒血流图像的所述各个边界像素点进行方向性平滑执行第一循环次数，所述对所述超声多普勒血流图像的其余像素点进行二维空间平滑执行第二循环次数。

7.根据权利要求6所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，还包括：

获取输入的第二参数设置；

根据所述第二参数设置调节所述第一循环次数和所述第二循环次数。

8.根据权利要求1所述的一种超声多普勒血流图像处理方法，其特征在于，还包括：

获取当前的图像处理开关设置；

若图像处理开关设置为开，则输出各个像素点平滑后的图像；

若图像处理开关设置为关，则输出各个像素点原始的图像。

9.一种血流图像处理装置，其特征在于，所述血流图像处理装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被所述处理器执行时控制终端实现如权利要求1-8任一项所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有超声多普勒血流图像处理程序，所述超声多普勒血流图像处理程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的超声多普勒血流图像处理方法的步骤。