超音波影像均匀度检测方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供了一种超音波影像均匀度检测方法及其系统，将超音波影像区分为多个小区块并将各该小区块数值化后，依序计算各该小区块的加权熵后形成第一加权熵影像。之后将超音波影像去除极端值再运算一次产生第二加权熵影像，将第一加权熵影像与第二加权熵影像整合为加权熵参数影像。最后再根据第一加权熵影像与第二加权熵影像所占比例计算均匀度指标，直接量化超音波肝脏影像的均匀度，辅助医护人员临床诊断的判别。

Ultrasonic image uniformity detection method and system

The invention provides an ultrasonic image homogeneity detection method and a system thereof. After dividing the ultrasonic image into several small blocks and digitizing each block, the weighted entropy of each block is calculated sequentially, and the first weighted entropy image is formed. The second weighted entropy image is generated by removing the extreme value of the ultrasonic image and then the first weighted entropy image and the second weighted entropy image are integrated into the weighted entropy parameter image. Finally, the uniformity index was calculated according to the proportion of the first weighted entropy image and the second weighted entropy image. The uniformity of ultrasound liver image was directly quantified to assist medical staff in clinical diagnosis.

【技术实现步骤摘要】
超音波影像均匀度检测方法及其系统
本专利技术涉及超音波影像领域，特别是指利用机率密度函数及加权熵实现加权熵参数成像，直接量化超音波肝脏影像的均匀度。
技术介绍
肝脏疾病，如肝纤维化与脂肪肝，是目前主要常见的肝实质病变。临床上，超音波影像系统广泛用于肝脏扫描，藉由临床医师操作超音波，对病人进行扫描以获得灰阶影像，通过灰阶影像纹理与特征的观察，来进行肝实质病变的等级判定。肝脏实质由许多肝细胞与小血管组成，就声学角度可被视为由许多小于波长的散射子集合而成的模型。当肝脏实质发生纤维化或者脂肪肝，等同于在肝脏中原本所存在的大量分布散射子外，尚会新增额外的散射子或者散射结构，造成超音波入射至肝脏里，产生不同程度的声波建设性或者破坏性干涉改变，进而改变超音波散射信号的波形，以及最后影像的均匀度。因此在诸多超音波影像特征中，影像的均匀度(homogeneity)是用来判断肝实质病变的重要特征之一。超音波入射波与肝脏散射子交互作用下，因为肝脏散射子小于波长，因此主要是产生随机性的散射信号。许多文献证实散射信号振幅的统计分布会与散射子的分布与结构状态有关，因此利用统计模型来描述超音波散射信号振幅的机率分布模式，可了解超音波散射信号波形的变化情况，藉此来间接了解与评估影像均匀度的表现与变化，如此方式可辅助医师判读影像特征。例如中国专利第CN103648398号，揭示一种超音波诊断装置及图像处理装置，内含利用统计滤波处理来求得信号的振幅分布的雷利分布偏离度，并进行图像化，该模式被称为ASQ(acousticstructurequantification)，可提供用户超音波散射信号的统计分布信息，医师可因此来评估推测肝脏影像均匀度。又例如中国台湾地区专利公开第201519872号，揭露一种非侵入式肝纤维化程度评估装置与方法，该装置包括Nakagami参数产生模块，以Nakagami参数产生模块利用Nakagami分布函数对超音波影像数据加以处理，以获得一Nakagami参数，藉以了解超音波散射信号的统计分布，以评估肝纤维化程度。然而，确认肝脏超音波散射信号是否遵循所使用的数学统计模式，是现有超音波信号分析的使用前提。需要留意的是，不同厂牌的超音波系统，因其信号撷取与影像合成处理模式不尽相同，因此信号的统计性质亦会不同。换言之，使用统计分布模型为基础的现有方法，无法适用在不同的超音波机器，即便假设信号统计是遵循所使用的统计分布，也恐有假设错误而造成计算偏差的可能性。对此，过去有文献提出使用讯息理论熵来取代统计分布模型，通过诠释超音波散射信号的复杂度与不确定性，亦可用来间接评估影像均匀度。因为讯息理论熵并非数学模型，信号本身不需遵循某特定分布，实际应用上更具弹性与广泛性。为了改善讯息理论熵的分析表现，中国台湾地区专利第I550268号提出一种超音波定量组织特性灵敏度的提升方法，来提升讯息理论熵侦测信号不确定性的灵敏度，因此加权熵相较于传统熵来说，拥有较佳的灵敏度表现，在临床超音波肝脏影像辅助判读，有更大的应用潜力。然而，因为其计算公式中须先利用傅立叶级数重建出超音波散射信号的机率密度函数，重建过程计算量大且耗时，对于实现加权熵参数成像与图像化效率上，有一定的困难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善现有超音波信号分析无法适用在不同的超音波机器，而利用加权熵进行超音波信号分析则有运算量过大，造成耗时及系统负担等问题，而提出一种超音波影像均匀度检测方法。为了达到上述目的，本专利技术采取以下的技术手段予以达成，其中，本专利技术提供一种超音波影像均匀度检测方法，包括下列步骤：a提供一超音波模块、一处理模块以及一均匀度指标产生单元，该超音波模块用以发射与接收超音波信号，该处理模块用于处理、运算、过滤以及合成超音波信号，该均匀度指标产生单元基于超音波信号产生加权影像以及均匀度的指标。b该超音波模块发射一超音波。c该超音波模块持续接收该超音波反射的多回波信号。d将该多回波信号进行合成、解调以形成一包络线信号。e将该包络线信号进行压缩、扫描转换与灰阶配色处理，以产生一超音波灰阶影像。f利用一滑动视窗技术处理该包络线信号，以产生一加权熵参数影像以及一均匀度指标，所述滑动视窗技术指将该包络线信号区分为多个小区块，并将各该小区块数值化后，依序计算各该小区块的加权熵后组合为该加权熵参数影像。g整合该超音波灰阶影像以及该加权熵参数影像为一输出影像。在本专利技术一实施例中，其中该步骤f更包括以下步骤：f1撷取一滑动视窗内的一包络线信号数据，并将该包络线信号数据转成一维包络数据序列；f2将该一维包络数据序列进行数值正规化处理，使该一维包络数据序列大小分布介于0至1之间；f3利用正规化后的该一维包络数据序列产生相对应发生次数的一直方图；f4将该直方图转换为一机率密度直方图；f5将该机率密度直方图的数值带入一演算法产生一加权熵；f6判断是否已取得该包络线信号数据的一第一加权熵影像，该第一加权熵影像为该包络线信号数据中各个位置的加权熵排列组合而组成，若判断结果为否，则移动该滑动视窗，并重复执行步骤f1，若判断结果为是，则移除该一维包络数据序列中的极端值；f7重复执行步骤f1至步骤f6以形成一第二加权熵影像；f8合成该第一加权熵影像以及该第二加权熵影像为一加权熵参数影像；f9根据该加权熵参数影像计算该均匀度指标。在本专利技术一实施例中，其中该演算法为：其中，Hc为该加权熵；y为加权因子主体，相当于包络数据的振幅值；m为加权因子的幂次。在本专利技术一实施例中，其中该加权因子的幂次为2。在本专利技术一实施例中，其中该均匀度指标为根据该加权熵参数影像内第一加权熵影像的像素值与第二加权熵影像的像素值所占比例进行计算，其数值范围介于0％至100％之间。在本专利技术一实施例中，其中该极端值指与该一维包络数据序列的数据平均值差异过大的值。本专利技术还提供一种超音波影像均匀度检测系统，适用于上述超音波影像均匀度检测方法，包括：一超音波模块、一信号合成单元、一解调单元、一图像处理单元、一均匀度指标产生单元、一影像合成单元以及一显示装置。该超音波模块用以发射与接收一超音波信号。该信号合成单元与该超音波模块电讯连接，用以驱动该超音波模块，并可接收处理该超音波信号的多回波信号，形成一影像原始数据。该解调单元与该信号合成单元电讯连接，用以解调该影像原始数据，形成与该影像原始数据相对应的一包络线信号。该图像处理单元与该解调单元电讯连接，用以针对该包络线信号进行压缩、扫描转换与灰阶配色等处理，以产生一超音波灰阶影像。该均匀度指标产生单元与该解调单元电讯连接，利用一滑动视窗技术处理该包络线信号，以产生一加权熵参数影像以及一均匀度指标。该影像合成单元用以整合该超音波灰阶影像以及该加权熵参数影像为一输出影像。在本专利技术一实施例中，该影像原始数据由多个该超音波的回波信号合成所组成。在本专利技术一实施例中，该滑动视窗技术包括将该包络线信号区分为多个小区块，并将各该小区块数值化后，依序计算各该小区块的加权熵后组合为该加权熵参数影像。在本专利技术一实施例中，该超音波影像均匀度检测系统更包括一显示装置，用以显示该输出影像以及该均匀度指标。通过上述方式，本专利技术提出一种超音波影像均匀度检测方法，提出一替代式机率密度函数产生做法，用来计算加权熵并实现加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超音波影像均匀度检测方法，其特征在于，包括下列步骤：a提供一超音波模块、一处理模块以及一均匀度指标产生单元，该超音波模块用以发射与接收超音波信号，该处理模块用于处理、运算、过滤以及合成超音波信号，该均匀度指标产生单元基于超音波信号产生加权影像以及均匀度的指标；b该超音波模块发射一超音波；c该超音波模块持续接收该超音波反射的多个回波信号；d将该多个回波信号进行合成、解调以形成一包络线信号；e将该包络线信号进行压缩、扫描转换与灰阶配色处理，以产生一超音波灰阶影像；以及f利用一滑动视窗技术处理该包络线信号，以产生一加权熵参数影像以及一均匀度指标，所述滑动视窗技术指将该包络线信号区分为多个小区块，并将各该小区块数值化后，依序计算各该小区块的加权熵后组合为该加权熵参数影像；以及g整合该超音波灰阶影像以及该加权熵参数影像为一输出影像。

【技术特征摘要】
2018.02.26 TW 1071062871.一种超音波影像均匀度检测方法，其特征在于，包括下列步骤：a提供一超音波模块、一处理模块以及一均匀度指标产生单元，该超音波模块用以发射与接收超音波信号，该处理模块用于处理、运算、过滤以及合成超音波信号，该均匀度指标产生单元基于超音波信号产生加权影像以及均匀度的指标；b该超音波模块发射一超音波；c该超音波模块持续接收该超音波反射的多个回波信号；d将该多个回波信号进行合成、解调以形成一包络线信号；e将该包络线信号进行压缩、扫描转换与灰阶配色处理，以产生一超音波灰阶影像；以及f利用一滑动视窗技术处理该包络线信号，以产生一加权熵参数影像以及一均匀度指标，所述滑动视窗技术指将该包络线信号区分为多个小区块，并将各该小区块数值化后，依序计算各该小区块的加权熵后组合为该加权熵参数影像；以及g整合该超音波灰阶影像以及该加权熵参数影像为一输出影像。2.如权利要求1所述的超音波影像均匀度检测方法，其特征在于，该步骤f更包括以下步骤：f1撷取一滑动视窗内的一包络线信号数据，并将该包络线信号数据转成一一维包络数据序列；f2将该一维包络数据序列进行数值正规化处理，使该一维包络数据序列大小分布介于0至1之间；f3利用正规化后的该一维包络数据序列产生相对应发生次数的一直方图；f4将该直方图转换为一机率密度直方图；f5将该机率密度直方图的数值带入一演算法产生一加权熵；f6判断是否已取得该包络线信号数据的一第一加权熵影像，该第一加权熵影像为该包络线信号数据各个位置的加权熵排列组合而组成，若判断结果为否，则移动该滑动视窗，并重复执行步骤f1，若判断结果为是，则移除该一维包络数据序列中的极端值；f7重复执行步骤f1至步骤f6以形成一第二加权熵影像；f8合成该第一加权熵影像以及该第二加权熵影像为一加权熵参数影像；f9根据该加权熵参数影像计算该均匀度指标。3.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔博翔，蔡羽威，李尚瑾，马祥洋，洪傑铭，
申请(专利权)人：长庚大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71