[发明专利]一种从超声图像中自动测量胎儿双顶径长度的图像处理方法及处理系统

权利要求书

1.一种从超声图像中自动测量胎儿双顶径长度的图像处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

通过调用训练模型对输入图像进行胎儿头部区域检测；若未能检测到合格的胎儿头部丘脑水平的横切面图像，则终止计算，或者读入下一张图像，继续进行检测；若检测到合格的胎儿头部丘脑水平的横切面图像，则进行颅骨边缘及脑中线边缘检测步骤；

步骤0)，训练模型的建立包括以下步骤：

子步骤1)，在系统运行之初，建立胎儿头部区域标准图像库；

子步骤2)，采用方向梯度直方图特征及Adaboost分类器算法，建立识别分类器，获得训练模型；分类器的训练在测量系统搭建之前完成；系统运行时，调用训练模型对输入图像进行胎儿头部区域检测；由标准图像库中选取训练样本，首先从超声图像中截取头围ROI图像作为正样本，从非ROI区域中随机截取多副子图作为负样本；训练得到分类器后，应用分类器进行胎儿头围区域的定位；ROI为感兴趣区域；

方向梯度直方图特征的提取步骤如下：

①将标准图像划分为若干个单元，每个单元为8*8个像素；为消除背景区域与超声图像的边界处会形成稳定地梯度方向的影响，背景区域将以临近区域的超声图像的灰度值进行填充；

②在每个单元内进行梯度统计，形成一维的加权梯度方向直方图；其中，直方图划分为9级，划分区间为0°～360°；

③将多个临近的单元组合成一个block块，求其梯度方向直方图向量；

④采用L2-Norm with Hysteresis threshold方法进行归一化，将直方图向量中的最大值限制在0.2以下，然后再重新归一化一次；

步骤1)，输入待处理的超声图像；

步骤2)，获取超声图像常规拍摄参数；

步骤2)包括以下子步骤：

步骤2.1)，对输入的超声图像进行划分，获得刻度尺区域、图像区域和图像放大率区域；

步骤2.2)，获取图像刻度尺和图像放大率，结合刻度尺及放大率求得图像像素距离与实际距离的转换关系；

步骤2.2)包括以下子步骤：

步骤2.2.1)，对刻度尺区域进行图像截取，对截取的图像进行二值化操作，并将该区域的图像的每一行所有像素点的灰度值进行累加，得到累加值曲线，累加值曲线最大值对应的位置即为原刻度点对应位置，将相邻累加值曲线波峰位置的纵坐标相减，获得任意相邻两刻度点之间的像素距离或者上述距离的平均值δ；

步骤2.2.2)，截取图像放大率区域，利用光学字符识别技术由图像放大率区域获得图像放大率f；

步骤2.2.3)，结合刻度尺及放大率信息，求得图像像素距离d与实际距离D的转换关系，其中C为刻度尺单位刻度代表的实际物理尺寸；

步骤2.2)中还包括，在获取图像刻度尺和图像放大率前，对刻度尺区域和图像放大率区域进行锐化处理；

步骤3)，图像边缘增强：对图像区域进行增强和去噪，使图像边缘即颅骨边缘及脑中线边缘清晰化；

步骤3)包括以下子步骤：

步骤3.1)，截取图像区域，使用8方向增强算子对头围图像进行增强：利用8个方向上9×9大小的模板与对应的头围图像中每一个像素点(i,j)进行卷积运算，将8个方向上卷积运算后的最大值作为该像素点的灰度值；

步骤3.2)，采用一次高斯滤波，结合二值化操作和形态学开运算进行噪声的去除；

步骤4)，生成双顶径值：对胎儿颅骨外缘进行拟合，求出拟合曲线，得到双顶径长度值；

步骤4)中，生成BPD值前，对图像进行简洁化处理，使用连通域搜索算法，并将连通域面积小于图像面积的百分之一的区域内的像素灰度值置为背景灰度值，

对颅骨边缘进行椭圆拟合，椭圆的短轴的2倍则对应胎儿头部双顶径BPD的长度，通过图像像素距离与实际距离的转换关系，最终取得BPD的实际值，

步骤4)中，通过最小二乘法对颅骨边缘进行椭圆拟合；根据极值原理结合椭圆约束条件确定椭圆方程一般式中各系数值，得到胎儿颅骨边缘拟合曲线；根据胎儿颅骨边缘拟合曲线即可得到双顶径的长度l_BPD；具体如下：

在平面坐标系中，椭圆方程的一般式为：

ax²+bxy+cy²+dx+ey+f＝0 (1)

其中，a、b、c、d、e、f分别表示椭圆方程的系数；x表示椭圆上点的横坐标；y表示椭圆上点的纵坐标；

约束条件为：a+c＝1 (2)

通过确定式(3)的最小值确定方程(1)中各个系数的大小：

其中(x_i，y_i)为颅骨区域上的边缘点坐标，n为抽取的边缘点个数；

根据极值原理，当函数g取得极小值时，

结合约束条件，确定方程(1)中各个系数的大小，得到胎儿颅骨边缘拟合曲线；

采用“外缘到外缘”的测量标准时，最终的测量结果需要进行修正，修正公式如下：

l_BPD＝2a’+t

其中，a’为上述拟合椭圆的短轴，t为头骨边缘的平均厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)图像边缘增强处理之前，对输入图像进行胎儿头部区域检测，获得合格的胎儿头部丘脑水平的横切面图像；

合格的胎儿头部丘脑水平的横切面图像标准为：

(i)胎儿头部区域图像应全部显示，并且头部区域占超声图像显示区域的60％以上；

(ii)显示为头部丘脑水平横切面图像，颅骨边缘图像清晰；

(iii)脑中线图像清晰且连接，仅在中间被透明隔腔和丘脑分隔；

(iv)两侧大脑半球对称；

(v)不应看到小脑。