一种三维超声重建方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术适用计算机技术领域，提供了一种三维超声重建方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：在多角度超声扫描到的堆图像中将运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，将剩余堆图像与模板堆图像进行全局配准，根据剩余堆图像、模板堆图像构建三维体数据，通过基于核回归函数的体重建方式对该三维体数据进行更新，判断更新后的三维体数据是否收敛，是则将剩余堆图像、模板堆图像与三维体数据进行局部配准，否则跳转至对该三维体数据进行更新的步骤，判断局部配准后的三维体数据是否收敛，是则输出局部配准后的三维体数据，否则跳转至构建三维体数据的步骤，从而实现了基于多角度扫查的三维超声重建，有效地提高了三维超声图像的重建质量。

【技术实现步骤摘要】
一种三维超声重建方法、装置、设备及存储介质
本专利技术属于医疗图像
，尤其涉及一种三维超声重建方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
三维超声系统可以很直观的向医生提供感兴趣器官或组织在体内的空间位置以及三维形态，在临床上更准确地反映出人体器官病变的形状、体积、轮廓、以及器官间的邻接。目前，三维超声系统主要包括两大类，一类是基于二维面阵探头(也称为三维超声专用容积探头)的容积成像方法，该方法将换能晶片和驱动装置包容于探头内，机械装置驱动晶片做等距的扇扫或环形扫描，另一类是利用传统的二维超声设备结合特定的空间定位信息来获取一序列的二维超声图像，然后利用三维超声重建方法生成三维超声体数据，主要包括基于机械臂的三维超声系统(Motorized3Dultrasound)、无定位器的三维超声系统(Sensorless3Dultrasound)和自由式三维超声系统(Freehand3Dultrasound)。从三维超声的临床应用角度来看，Freehand三维超声系统更符合医生操作习惯和手术室华宁，是目标应用前景比较广的一种方案。目前，三维超声重建算法可以分为三类：基于体素的方法(VoxelBasedMethod，VBM)、基于像素的方法(PixelBasedMethod，PBM)和基于函数的方法(FunctionBasedMethod，FBM)。这三类重建算法都未考虑到两类关键性问题，一是医生在对单一角度扫查到的一个二维超声序列图像进行重建后的结果进行观察时，可能会由于骨组织和其它器官的遮挡，无法得到很好的诊断定论，即单一角度扫查的局限性，二是运动伪影对超声数据的影响，运动伪影的来源主要包含因不可遮挡的生理因素所带来的运动伪影(例如呼吸运动，虽然可在全身麻醉的条件下进行超声扫描来避免呼吸运动所造成的伪影，但是使用麻醉剂对患者有一定的伤害)、扫描受试者在行动上不配合扫查实验(例如：婴儿的不自主运动和胎动)、以及超声探头的挤压或重力场等自然因素造成的软组织等形变。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维超声重建方法、装置、图像处理设备及存储介质，旨在解决由于现有技术的三维超声重建未考虑到单一角度扫查的局限性和运动伪影对超声数据的影响，导致三维超声图像的重建质量不佳的问题。一方面，本专利技术提供了一种三维超声重建方法，所述方法包括下述步骤：当接收多角度超声扫描到的堆图像时，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准；根据所述剩余堆图像和所述模板堆图像，通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据；通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新，判断更新后的所述三维体数据是否收敛；当所述三维体数据收敛时，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像分别与所述三维体数据局部配准，否则跳转至通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新的步骤；判断局部配准后的所述三维体数据是否收敛，是则输出所述三维体数据，否则跳转至通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的步骤。另一方面，本专利技术提供了一种三维超声重建装置，所述装置包括：全局配准单元，用于当接收多角度超声扫描到的堆图像时，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准；三维重建单元，用于根据所述剩余堆图像和所述模板堆图像，通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据；三维体更新单元，用于通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新，判断更新后的所述三维体数据是否收敛；局部配准单元，用于当所述三维体数据收敛时，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像分别与所述三维体数据局部配准，否则由所述三维体更新单元执行通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新的操作；以及体数据输出单元，用于判断局部配准后的所述三维体数据是否收敛，是则输出所述三维体数据，否则由所述三维重建单元执行通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的操作。另一方面，本专利技术还提供了一种图像处理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种三维超声重建方法所述的步骤。另一方面，本专利技术还提供了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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述一种三维超声重建方法所述的步骤。本专利技术在多角度超声扫描到的堆图像中选取运动误差最小的堆图像作为模板堆图像，将剩余堆图像与模板堆图像全局配准，根据配准后的剩余堆图像和模板堆图像，通过基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据，再通过核回归函数的体重建方式对三维体数据进行更新，判断更新后的三维体数据是否收敛，是则将剩余堆图像、模板堆图像分别与三维体数据局部配准，否则继续对三维体数据进行更新，判断局部配准后的三维体数据是否收敛，输出三维体数据，否则继续跳转至通过基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的步骤，从而实现了多角度扫描的三维超声重建，解决了单一角度扫描给医生带来的观察限制，有效地去除了三维超声图像中的伪影，提高了三维超声图像的重建质量。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的一种三维超声重建方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例二提供的一种三维超声重建装置的结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的一种三维超声重建装置的优选结构示意图；以及图4是本专利技术实施例三提供的图像处理设备的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述：实施例一：图1示出了本专利技术实施例一提供的一种三维超声重建方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：在步骤S101中，当接收多角度超声扫描到的堆图像时，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所有堆图像中的剩余堆图像与模板堆图像全局配准。本专利技术实施例适用于三维超声系统。在不同角度进行超声扫描，获得不同角度扫描得到的二维超声图像序列(即二维切片序列)，同一角度的二维超声图像序列可称为一个堆图像。可采用基于运动量估计的方法在所有堆图像中选取一个运动误差最小的堆图像作为模板堆图像，再将所有堆图像中的剩余堆图像与模板堆图像进行全局配准，以使每个剩余堆图像与模板堆图像对齐，降低超声图像重建过程中的伪影。作为示例地，不同角度可包括轴向、冠状和矢状方向。在本专利技术实施例中，在所有堆图像中选取一个运动误差最小的堆图像作为模板堆图像的过程可通过下述步骤实现：(1)将每个二维超声图像向量化，得到每个堆图像对应的矩阵。在本专利技术实施例中，每个堆图像对应的矩阵可表示为A＝[vec(I1)；...；vec(Ik)]∈Rm*k，其中，vec(Ij)表示将堆图像中的第j(j∈1，...，k)个二维超声图像Ij作为一个列向量。(2)根据每个堆图像对应的矩阵生成每个堆图像对应的观察矩阵，对每个堆图像的观察矩阵进行奇异值分解。在本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维超声重建方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：当接收多角度超声扫描到的堆图像时，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准；根据所述剩余堆图像和所述模板堆图像，通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据；通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新，判断更新后的所述三维体数据是否收敛；当所述三维体数据收敛时，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像分别与所述三维体数据局部配准，否则跳转至通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新的步骤；判断局部配准后的所述三维体数据是否收敛，是则输出所述三维体数据，否则跳转至通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种三维超声重建方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：当接收多角度超声扫描到的堆图像时，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准；根据所述剩余堆图像和所述模板堆图像，通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据；通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新，判断更新后的所述三维体数据是否收敛；当所述三维体数据收敛时，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像分别与所述三维体数据局部配准，否则跳转至通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新的步骤；判断局部配准后的所述三维体数据是否收敛，是则输出所述三维体数据，否则跳转至通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所有堆图像中运动误差最小的堆图像设置为模板堆图像，并将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准的步骤，包括：通过预设的弗罗贝尼乌斯范数计算所述每个堆图像对应的运动估计量，将所述所有堆图像中所述运动估计量最小的所述堆图像设置为模板堆图像；根据预设的全局变换矩阵将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准，计算全局配准后所述剩余堆图像与所述模板堆图像之间的测度；判断所述剩余堆图像与所述模板堆图像之间的测度是否满足预设第一测度阈值，是则结束所述剩余堆图像与所述模板堆图像的全局配准，否则对所述全局变换矩阵进行优化，跳转至根据预设的全局变换矩阵将所述所有堆图像中的剩余堆图像与所述模板堆图像全局配准的步骤。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像分别与所述三维体数据局部配准的步骤，包括：根据预设的局部变换矩阵，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像中的二维超声图像与所述三维体数据局部配准，计算所述二维超声图像与所述三维体数据之间的测度；判断所述二维超声图像与所述三维体数据之间的测度是否满足预设第二测度阈值，是则结束所述二维超声图像与所述三维体数据的局部配准，否则对所述局部变换矩阵进行优化，并跳转至根据预设的局部变换矩阵，将所述剩余堆图像、所述模板堆图像中的二维超声图像与所述三维体数据局部配准的步骤。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过预设的基于点扩展函数的体重建方式构建三维体数据的步骤，包括：根据所述剩余堆图像、所述模板堆图像中二维超声图像上的像素值、以及所述基于点扩展函数的体重建方式，计算并更新所述三维体数据上的体素值，所述体素值的计算公式为：其中，所述V为所述三维体数据，所述为第n迭代更新时计算得到的所述三维体数据在体素点pr处的体素值，所述为所述二维超声图像上在像素点ps处的像素值，所述为所述体素prn空间转换后得到的像素点，所述PSF为所述点扩展函数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过预设的基于核回归函数的体重建方式对所述三维体数据进行更新的步骤，包括：依次将所述三维体数据上的每个体素点设置为待更新体素点，并根据所述待更新体素点邻域内的体素点、所述邻域内所有体素点的体素值、以及所述基于核回归函数的体重建方式，计算所述待更新体素点对应的体素估计值，将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：温铁祥，刘蓉，李凌，秦文健，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44