一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法技术

本发明专利技术属于超声断层成像领域，具体公开了一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，包括：(1)带通滤波；(2)边缘检测算子与像素卷积，得到通道信号集图像；(3)计算各通道二值化阈值；(4)二值化处理，得到二值化的通道信号集图像；(5)获取渡越时间，基于二值化的通道信号集图像，取各通道第一个非零值作为该通道的渡越时间。本发明专利技术通过对处理方法的整体流程设计、关键阈值的自适应取值规则等进行改进，基于图像边缘检测理论，利用各通道采用自适应阈值，并可优选配合设定检测范围，以及对渡越时间差异矩阵进行滤波处理，能够避免人为设定阈值参数，弱化噪声的影响，解决低信噪比信号渡越时间提取不准确的技术问题。渡越时间提取不准确的技术问题。渡越时间提取不准确的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法


[0001]本专利技术属于超声断层成像领域，更具体地，涉及一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，该方法能够对超声断层声速成像模式中透射信号的渡越时间自动提取。

技术介绍

[0002]超声断层成像(超声CT)是指通过超声探头对物体发射超声波并接收反射数据或者透射数据，利用这些数据重建出超声断层图像，以便观测物体内部的三维信息。超声检测具有价格低廉、对人体无害等优点，随着探头加工工艺和计算机高性能运算的快速发展，超声断层成像技术近些年来又再次成为了医学成像研究热点。
[0003]超声CT成像有两种成像模式，反射式成像和透射式成像。由于采集多方位的反射信息，超声CT的反射图像具有更高的图像分辨率，以便辅助医生看到更微小的病变组织。而通过透射数据可以重建出声速、衰减系数等功能参数，属于功能像的领域。有研究指出，在病变早期，病变组织先有功能参数的变化，后有结构变化。因此，透射式成像对病变的早期成像和诊断具有重要意义，能更早地诊断出病变。
[0004]超声CT声速成像根据从透射波提取的渡越时间求解声速参数，因而渡越时间是成像过程中重要的输入参数。渡越时间是信号到达的时间(即信号的起跳时间)，当前渡越时间提取主要难点在于信号信噪比低，难以确定信号的到达时间。现有的渡越时间提取方法有幅度法、赤池信息标准法、互相关法等。赤池信息标准法易受开关切换噪声扰动。幅度法实施过程中的幅度需要人为设定，因而存在不确定性。互相关法由于实际人体的非线性效应而存在误差。
[0005]边缘检测算法作为一种图像处理算法，现有的图像边缘检测算法采用单一的全局阈值进行二值化，未考虑各通道信号强度存在的差异，易检测到沿超声探头内壁传播的信号起跳时间。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其中通过对处理方法的整体流程设计、关键阈值的自适应取值规则等进行改进，基于图像边缘检测理论，利用各通道采用自适应阈值，并可优选配合设定检测范围，以及对渡越时间差异矩阵进行滤波处理，能够避免人为设定阈值参数，弱化噪声的影响，由此解决低信噪比信号渡越时间提取不准确的技术问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)带通滤波：根据探头的截止频率，确定带宽范围，并对采集到的超声断层透射信号进行带通滤波处理；
[0009](2)边缘检测算子与像素卷积：根据步骤(1)得到的带通滤波处理后的信号，绘制
单个阵元发射、其他接收阵元接收的初始通道信号集图像；该初始通道信号集图像是以接收阵元序号和采样时间分别作为坐标轴，图中各像素点的灰度值则对应相应接收到的信号幅度；
[0010]接着，采用边缘检测算子与初始通道信号集图像进行卷积，得到边缘检测后的通道信号集图像；
[0011](3)计算各通道二值化阈值：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以预先选定的阈值T0为界，将该通道对应的像素点划分成两部分，并就这两部分中的每一部分分别计算它们的平均灰度值；记这两部分得到的平均灰度值分别为A_mean和B_mean，计算T1＝(A_mean+B_mean)/2，若abs(T1
‑
T0)<epsilon，则将T1作为该通道的二值化分割阈值；否则，将T1赋值给T0，并重复该步骤；其中，epsilon为取值预先设定的正数；
[0012]对各个通道进行处理，即可得到各通道的二值化分割阈值；
[0013](4)二值化处理：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以步骤(3)得到的该通道的二值化分割阈值为界，将该通道对应的像素点划分成两部分，其中，对于像素点灰度值大于或大于等于阈值的这一部分，将这些像素点灰度值设置为预先选定的非零值；对于像素点灰度值小于等于或小于阈值的另一部分，将这些像素点灰度值设置为0；
[0014]对各个通道进行处理，即可得到二值化的通道信号集图像；
[0015](5)获取渡越时间：基于步骤(4)得到的二值化的通道信号集图像，对各通道像素灰度进行检索，结合各采样点对应的采样时间先后，取各通道第一个非零值作为该通道的渡越时间；如此即可得到各通道的渡越时间，完成超声透射信号的渡越时间自动提取；所述渡越时间能够用于声速图像重建。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，该方法在步骤(3)开始前，还包括：
[0017]计算各通道二值化阈值检测范围：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，根据当前待处理数据采集过程中的温度，获取该温度下的耦合剂声速；接着，利用探头内相应发射阵元与接收阵元的位置距离，结合所述耦合剂声速，计算各通道的理论渡越时间；然后，基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以该通道对应的理论渡越时间前后各m个采样点所涵盖的范围，作为该通道二值化阈值的检测范围，并将该范围外的各像素点灰度值设置为0；其中，m为预先选定的正整数；
[0018]如此，即可得到各通道的二值化阈值检测范围；
[0019]相应的，所述步骤(3)中，所述预先选定的阈值T0即为相应通道检测范围内对应的各像素点的灰度平均值。
[0020]作为本专利技术的进一步优选，m为50到200。
[0021]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(5)中，在得到各通道的渡越时间之后，还包括步骤：
[0022](S1)获取渡越时间矩阵：
[0023]基于所有发射阵元的各通道渡越时间，得到所有发射阵元的渡越时间矩阵，作为待测信号的渡越时间矩阵；
[0024](S2)获取渡越时间差异矩阵：
[0025]采集纯耦合剂条件下超声断层透射信号，记为参考信号；然后基于该参考信号，重复步骤(1)至步骤(5)，并基于参考信号条件下所有发射阵元的各通道渡越时间，得到所有发射阵元的渡越时间矩阵，作为参考信号的渡越时间矩阵；
[0026]将所述步骤(S1)得到的待测信号的渡越时间矩阵与所述参考信号的渡越时间矩阵相减后，即可得到渡越时间差异矩阵；
[0027](S3)渡越时间差异矩阵滤波：
[0028]建立a
×
b大小的模板，使该模板的中心遍历渡越时间差异矩阵中的各个元素，在遍历过程中，以模板大小范围内各元素的中值或均值作为相应模板中心元素对应的更新值，并在遍历结束后完成对渡越时间差异矩阵的更新值赋值，即可得到滤波后的渡越时间差异矩阵；其中，a、b均为预先设定的正整数；
[0029]所述滤波后的渡越时间差异矩阵中的各个元素，即对应相应发射阵元、相应接收阵元的待测信号与参考信号的渡越时间差值。
[0030]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(S3)中，所述重复遍历若干次具体是重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)带通滤波：根据探头的截止频率，确定带宽范围，并对采集到的超声断层透射信号进行带通滤波处理；(2)边缘检测算子与像素卷积：根据步骤(1)得到的带通滤波处理后的信号，绘制单个阵元发射、其他接收阵元接收的初始通道信号集图像；该初始通道信号集图像是以接收阵元序号和采样时间分别作为坐标轴，图中各像素点的灰度值则对应相应接收到的信号幅度；接着，采用边缘检测算子与初始通道信号集图像进行卷积，得到边缘检测后的通道信号集图像；(3)计算各通道二值化阈值：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以预先选定的阈值T0为界，将该通道对应的像素点划分成两部分，并就这两部分中的每一部分分别计算它们的平均灰度值；记这两部分得到的平均灰度值分别为A_mean和B_mean，计算T1＝(A_mean+B_mean)/2，若abs(T1
‑
T0)<epsilon，则将T1作为该通道的二值化分割阈值；否则，将T1赋值给T0，并重复该步骤；其中，epsilon为取值预先设定的正数；对各个通道进行处理，即可得到各通道的二值化分割阈值；(4)二值化处理：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以步骤(3)得到的该通道的二值化分割阈值为界，将该通道对应的像素点划分成两部分，其中，对于像素点灰度值大于或大于等于阈值的这一部分，将这些像素点灰度值设置为预先选定的非零值；对于像素点灰度值小于等于或小于阈值的另一部分，将这些像素点灰度值设置为0；对各个通道进行处理，即可得到二值化的通道信号集图像；(5)获取渡越时间：基于步骤(4)得到的二值化的通道信号集图像，对各通道像素灰度进行检索，结合各采样点对应的采样时间先后，取各通道第一个非零值作为该通道的渡越时间；如此即可得到各通道的渡越时间，完成超声透射信号的渡越时间自动提取；所述渡越时间能够用于声速图像重建。2.如权利要求1所述基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，该方法在步骤(3)开始前，还包括：计算各通道二值化阈值检测范围：基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，根据当前待处理数据采集过程中的温度，获取该温度下的耦合剂声速；接着，利用探头内相应发射阵元与接收阵元的位置距离，结合所述耦合剂声速，计算各通道的理论渡越时间；然后，基于步骤(2)得到的边缘检测后的通道信号集图像，针对某一接收阵元通道，以该通道对应的理论渡越时间前后各m个采样点所涵盖的范围，作为该通道二值化阈值的检测范围，并将该范围外的各像素点灰度值设置为0；其中，m为预先选定的正整数；如此，即可得到各通道的二值化阈值检测范围；相应的，所述步骤(3)中，所述预先选定的阈值T0即为相应通道检测范围内对应的各像素点的灰度平均值。3.如权利要求2所述基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，m为50到200。
4.如权利要求1所述基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在得到各通道的渡越时间之后，还包括步骤：(S1)获取渡越时间矩阵：基于所有发射阵元的各通道渡越时间，得到所有发射阵元的渡越时间矩阵，作为待测信号的渡越时间矩阵；(S2)获取渡越时间差异矩阵：采集纯耦合剂条件下超声断层透射信号，记为参考信号；然后基于该参考信号，重复步骤(1)至步骤(5)，并基于参考信号条件下所有发射阵元的各通道渡越时间，得到所有发射阵元的渡越时间矩阵，作为参考信号的渡越时间矩阵；将所述步骤(S1)得到的待测信号的渡越时间矩阵与所述参考信号的渡越时间矩阵相减后，即可得到渡越时间差异矩阵；(S3)渡越时间差异矩阵滤波：建立a
×
b大小的模板，使该模板的中心遍历渡越时间差异矩阵中的各个元素，在遍历过程中，以模板大小范围内各元素的中值或均值作为相应模板中心元素对应的更新值，并在遍历结束后完成对渡越时间差异矩阵的更新值赋值，即可得到滤波后的渡越时间差异矩阵；其中，a、b均为预先设定的正整数；所述滤波后的渡越时间差异矩阵中的各个元素，即对应相应发射阵元、相应接收阵元的待测信号与参考信号的渡越时间差值。5.如权利要求1所述基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，所述步骤(S3)中，所述重复遍历若干次具体是重复遍历1～5次。6.如权利要求1所述基于边缘检测的超声CT渡越时间自动提取方法，其特征在于，所述探头具体为环形探头；所述步骤(1)中，采集超声断层透射信号，具体是以环形探头上排除以发射阵元为中心的、不超过1/4圆周范围的其他阵元作为接收阵元...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉迟明，丁明跃，方小悦，尹航，武云，宋俊杰，张求德，周亮，
申请(专利权)人：武汉维视医学影像有限公司，
类型：发明
国别省市：