[发明专利]基于统计学的超声序列图像三维重建方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及医学技术领域，具体涉及一种基于统计学的超声序列图像三维重建方法和系统。

背景技术

超声成像是利用超声波照射人体，通过接收和处理载有人体组织特征信息的回波，获得人体组织性质与结构的可见图像的方法和技术，与CT、MRI并称为现代医学的3大影像学。与CT、MRI相比，超声成像具有采集时间短、无须静脉注射造影剂、无电离辐射、经济方便、可实时成像等优点，成为临床必不可少的诊断和治疗设备。然而，当医生想更准确地了解脏器结构时，传统的2维成像就显得不能满足要求了。与传统的2维超声图像相比，3维超声具有图像显示直观、精确测量结构参数、准确定位病变组织等明显优势，成为2维超声技术的重要辅助手段。从临床应用角度来看，Freehand扫描更符合医生习惯和手术室环境，Freehand 3维超声有着广泛的应用前景。3维重建算法是实现Freehand 3维超声的关键，因此Freehand超声图像的3维重建算法具有重要的研究价值。但是，目前的超声图像三维重建方法和系统存在算法复杂、重建效果差的缺陷。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于统计学的超声序列图像三维重建方法和系统，能够根据所获取的二维超声序列图像重建得到高精确度的三维超声图像。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于统计学的超声序列图像三维重建方法，包括：

根据给定的三维超声图像的大小、间隔、初始位姿这三个成像参数，构建感兴趣区域的三维超声原始图像；

遍历各帧二维超声序列图像，计算二维超声序列图像中每个像素点的统计范围内的像素点对所述每个像素点的贡献，得到距离贡献阈值，包括：

定义(u_i,j,v_i,j)为二维超声序列图像中的一个像素点，依次统计其统计范围内的像素点对该像素值的贡献，定义w(i+s,j+t)为(i+s,j+t)位置的像素点对该像素点的贡献，w(i+s,j+t)的计算公式为：

其中，V(i,j)表示(i,j)点处的像素值，

以任意一帧二维超声序列图像为基准图像，依据二维超声序列图像的空间位姿，计算其他所有帧二维超声序列图像相对于基准图像的旋转矩阵和平移向量；

遍历构建的三维超声原始图像，依据旋转矩阵和平移向量，由搜索范围内的像素点的距离贡献阈值确定其最优插值取值范围，依据最优插值取值范围，根据距离权重因子对三维超声原始图像体素赋值，并刷新该体素的距离权重因子，包括：

定义(x,y,z)为三维超声图像中的一个体素，该体素搜索范围内具有贡献的像素为n个，搜索范围为二维超声图像统计范围的最大值48，根据每个像素的距离贡献阈值，得到(m₈,m₁₂,m₂₄,m₂₈,m₄₈)分别为n个像素点距离贡献阈值的统计数数字，并且m₈+m₁₂+m₂₄+m₂₈+m₄₈＝n，则(x,y,z)的最优插值取值范围M为：

M＝Max(m₈,m₁₂,m₂₄,m₂₈,m₄₈)

根据距离权重因子，计算(x,y,z)的体素值的计算公式为：

其中，d(u_i,v_i)表示第i个像素点到该体素的距离；

体素的距离权重因子D(x,y,z)为

遍历三维超声原始图像所有体素，根据搜索范围和距离权重因子采用插值方法计算空缺体素的体素值。

本发明实施例还提供了一种基于统计学的超声序列图像三维重建系统，包括：

图像构建模块，其根据成像参数构建三维超声原始图像；

位姿获取模块，其通过安装在超声探头上的定位装置，在采集二维超声序列图像的同时记录图像的位姿；

遍历与统计模块，其遍历二维超声序列图像中的每个像素，计算该像素统计范围内的所有像素点的距离贡献，得到距离贡献阈值；

旋转矩阵和平移向量计算模块，其以任意一帧二维超声序列图像为基准图像，依据二维超声序列图像的空间位姿，计算其他所有帧二维超声序列图像相对于基准图像的旋转矩阵和平移向量；