組織運(yùn)動定量分析方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組織運(yùn)動定量分析方法和系統(tǒng)，該組織運(yùn)動定量分析方法包括：在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤；標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)；根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息；以及計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。本發(fā)明實施例提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，在跟蹤過程中充分考慮了物體運(yùn)動在連續(xù)圖像中呈現(xiàn)的一致性，同時在定量分析中考慮了物體形狀的先驗信息，能夠有效對物體進(jìn)行定量分析。本系統(tǒng)在跟蹤過程中不需要人工介入，自動完成對圖像的跟蹤計算，從系統(tǒng)流程上避免了因目標(biāo)物體形狀的差異導(dǎo)致跟蹤算法設(shè)計的復(fù)雜性，大大減小了系統(tǒng)分析時間。
【專利說明】組織運(yùn)動定量分析方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像分析技木，尤其涉及ー種組織運(yùn)動定量分析方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲心動圖檢查是ー種無創(chuàng)安全的診斷方法，不需要注射造影剤、同位素或其它染料，病人和醫(yī)生不受放射性物質(zhì)輻射，方法簡便、可多次重復(fù)、可在床旁進(jìn)行，通過多平面、多方位超聲成像可對每個心腔檢查，完整評價整個心臟的解剖結(jié)構(gòu)和功能。超聲心動圖能區(qū)別心壁的內(nèi)外膜和心腔，通過評價室壁的收縮期增厚率和內(nèi)膜移動幅度，可估計心肌收縮力。目前常用的超聲心動圖檢查模式有B-Mode模式、組織多普勒模式。B-Mode模式用于獲得心臟的動態(tài)解剖信息，醫(yī)生可以根據(jù)B-Mode模式下獲得的電影文件對心臟運(yùn)動情況進(jìn)行分析，這要求醫(yī)生有豐富的臨床經(jīng)驗。組織多普勒模式可以獲得心臟運(yùn)動的速度信息，從而獲得心臟的幾何參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)，進(jìn)ー步獲得與心臟、血管組織生理特點(diǎn)有關(guān)的參數(shù)，如應(yīng)變、應(yīng)變率等。然而，組織多普勒模式只能獲得沿超聲聲束方向上的組織運(yùn)動速度信息，無法獲得準(zhǔn)確的ニ維速度信息，使得組織多普勒模式無法用于短軸切面視圖的分析。近年來，基于斑點(diǎn)跟蹤技術(shù)的超聲圖像運(yùn)動跟蹤技術(shù)成為一個正在快速發(fā)展的方向。斑點(diǎn)跟蹤技木通過跟蹤超聲圖像中超聲散射斑點(diǎn)在B型超聲圖像中的位置，從而獲得對應(yīng)的組織的位置變化關(guān)系。相對于組織多普勒模式，該技術(shù)可以獲得組織運(yùn)動的ニ維速度信息，無角度依賴性，突破了組織多普勒模式應(yīng)用上的局限性，因此，在心臟運(yùn)動定量分析上有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]目前，斑點(diǎn)跟蹤技術(shù)主要基于圖像灰度信息的相似性度量的技木。該技術(shù)通過計算相鄰幀圖像子區(qū)域的相似性，判定圖像中組織的運(yùn)動速度，從而獲得組織的運(yùn)動信息。該技術(shù)對圖像質(zhì)量要求較高，在圖像質(zhì)量較差的情況下，該技術(shù)的魯棒性較差，重復(fù)性不好。美國發(fā)明專利US7356172中提出采用標(biāo)記點(diǎn)及標(biāo)記點(diǎn)的相對位置關(guān)系描述跟蹤R0I(Region Of Interesting感興趣區(qū)域),并利用彈性方程和圖像灰度相似性構(gòu)建能量函數(shù)對圖像中的組織的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤。該方法需要利用參考幀圖像構(gòu)建標(biāo)記點(diǎn)，并利用迭代操作進(jìn)行計算，計算繁瑣，魯棒性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于結(jié)合B型超聲圖像的自身特點(diǎn)，提供ー種組織運(yùn)動定量分析方法和系統(tǒng)，可以在有嚴(yán)重噪聲干擾的情況下有效地跟蹤超聲圖像中組織體的運(yùn)動速度，快速地、精確地獲得組織體的定量參數(shù)信息。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了ー種組織運(yùn)動定量分析方法，包括:
在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤；
標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)；
根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息；
計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。[0006]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其包括:
圖像獲取單元，用于通過圖像采集模塊采集或從存儲介質(zhì)中讀取圖像；
預(yù)處理單元，用于在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤；
后處理單元，用于標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)，然后根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息，并計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)；
顯示單元，用于將后處理單元中的處理結(jié)果進(jìn)行顯示輸出；
操作控制單元，用于供用戶輸入操作控制信息。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對整個圖像區(qū)域進(jìn)行跟蹤，考慮物體運(yùn)動的空間和時間上的連續(xù)性，獲得整個物體的運(yùn)動情況；然后以自動或者手動的方式，選擇和設(shè)定目標(biāo)物體、區(qū)域或者目標(biāo)形狀；根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)區(qū)域的形態(tài)計算目標(biāo)物體運(yùn)動的定量參數(shù)。在跟蹤的過程中根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時間關(guān)系對圖像中信息缺失部分的運(yùn)動，進(jìn)行了補(bǔ)償，具有很強(qiáng)的魯棒性。
[0008]本發(fā)明在跟蹤過程中充分考慮了物體運(yùn)動在連續(xù)圖像中呈現(xiàn)的一致性，同時在定量分析中考慮了物體形狀的先驗信息，能夠有效對物體進(jìn)行定量分析。在跟蹤過程中不需要人工介入，自動完成對圖像的跟蹤計算，從系統(tǒng)流程上避免了因目標(biāo)物體形狀的差異導(dǎo)致跟蹤算法設(shè)計的復(fù)雜性，同時避免了重復(fù)輸入或選擇目標(biāo)區(qū)域操作等原因?qū)е碌膶δ繕?biāo)區(qū)域的重復(fù)跟蹤計算，大大減小了系統(tǒng)分析時間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析方法的流程示意圖；
圖2為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)的框圖；
圖3為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)的預(yù)處理單元的框圖；
圖4為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)的預(yù)處理單元的工作流程示意圖；
圖5為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)的后處理單元的框圖；
圖6為本發(fā)明提供的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)的后處理單元的工作流程示意圖。
[0011]【具體實施方式】
本發(fā)明通過對整個圖像區(qū)域進(jìn)行跟蹤，考慮物體運(yùn)動的空間和時間上的連續(xù)性，獲得整個物體的運(yùn)動情況；然后以自動或者手動的方式，選擇和設(shè)定目標(biāo)物體、區(qū)域或者目標(biāo)形狀；根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)區(qū)域的形態(tài)計算目標(biāo)物體運(yùn)動的定量參數(shù)。在跟蹤的過程中根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)之間的空間位置關(guān)系和時間關(guān)系對圖像中信息缺失部分的運(yùn)動，進(jìn)行了補(bǔ)償，具有很強(qiáng)的魯棒性。
[0012]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0013]圖1是本發(fā)明提供的ー種組織運(yùn)動定量分析方法的流程示意圖，本發(fā)明的組織運(yùn)動定量分析方法包括:
步驟S1、在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤。
[0014]步驟S2、標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)。
[0015]步驟S3、根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息。
[0016]步驟S4、計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。
[0017]其中，步驟S1具體包括:
步驟S101、在每ー幀圖像上生成跟蹤點(diǎn)。生成跟蹤點(diǎn)的方法可以是通過在每一幀圖像上構(gòu)建相同網(wǎng)格，選取網(wǎng)格點(diǎn)作為跟蹤點(diǎn)，網(wǎng)格單元可以是正方形、長方形或者三角形的，或者任意分布在圖像上的網(wǎng)格等等。生成圖像網(wǎng)格的方法還可以是，根據(jù)用戶在第一幀圖像上手動輸入的監(jiān)視區(qū)域的位置、形狀、大小等信息，結(jié)合圖像中運(yùn)動物體的運(yùn)動特性，生成一個運(yùn)動區(qū)域，運(yùn)動區(qū)域應(yīng)當(dāng)至少包含監(jiān)視區(qū)域在運(yùn)動過程中可能到達(dá)的范圍，然后在運(yùn)動區(qū)域中生成網(wǎng)格。其中，不同幀圖像上生成的跟蹤點(diǎn)的位置分布可以是固定相同的，也可以是具有不同變化的。
[0018]步驟S102、選擇有效跟 蹤點(diǎn)。在每ー幀圖像上，以跟蹤點(diǎn)為中心，選擇跟蹤點(diǎn)ー定大小鄰域為跟蹤塊，根據(jù)跟蹤塊內(nèi)的圖像灰度信息選擇攜帯了成像組織信息的有效跟蹤塊。其中，判定跟蹤塊攜帯了成像組織信息的方法可以是根據(jù)跟蹤塊內(nèi)圖像灰度均值、方差符合一定閾值，也可以是根據(jù)跟蹤塊內(nèi)圖像的紋理信息，對跟蹤塊內(nèi)灰度圖像提取的特征符合一定條件等，還可以是根據(jù)超聲圖像成像區(qū)域進(jìn)行判定。
[0019]步驟S103、定位每ー幀圖像中的跟蹤點(diǎn)在下一幀圖像上的位置。定位的方法為在下一幀圖像上以該跟蹤點(diǎn)為中心的一定大小的鄰域內(nèi)構(gòu)建搜索區(qū)域，在捜索區(qū)域內(nèi)根據(jù)灰度相似性捜索與該跟蹤塊匹配的目標(biāo)塊?；叶认嗨菩缘亩攘糠椒橛嬎愀檳K與目標(biāo)塊內(nèi)對應(yīng)點(diǎn)的差值的絕對值的和、計算跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)對應(yīng)點(diǎn)亮度差的平方和或計算跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)亮度分布的相關(guān)性系數(shù)等。其中，跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)亮度分布的相關(guān)性系數(shù)Cbr可以定義如下:
【權(quán)利要求】
1.ー種組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，包括: 在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤； 標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)； 根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息； 計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤，具體包括: 在每ー幀圖像上生成跟蹤點(diǎn)； 選擇有效跟蹤點(diǎn)； 定位每ー幀圖像中的跟蹤點(diǎn)在下一幀圖像上的位置； 計算每一幀圖像上有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息； 存儲甸一幀圖像上有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動彳目息。
3.如權(quán)利要求2所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在干，在存儲每一幀圖像上有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息前，還包括: 根據(jù)跟蹤點(diǎn)的鄰域關(guān)系，判斷各跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對存在誤差的運(yùn)動信息進(jìn)行校正。`
4.如權(quán)利要求2所述的組`織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述在每一幀圖像上生成跟蹤點(diǎn)中，不同幀圖像上生成的跟蹤點(diǎn)的位置分布是固定相同的。
5.如權(quán)利要求2所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述在每一幀圖像上生成跟蹤點(diǎn)中，不同幀圖像上生成的跟蹤點(diǎn)的位置分布是變化的。
6.如權(quán)利要求2所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述定位每ー幀圖像中的跟蹤點(diǎn)在下一幀圖像上的位置，具體包括: 將跟蹤點(diǎn)的一定大小鄰域作為跟蹤塊，在當(dāng)前幀的下一幀圖像上以該跟蹤點(diǎn)為中心的一定大小領(lǐng)域內(nèi)根據(jù)灰度相似性，捜索與該跟蹤塊匹配的目標(biāo)塊，目標(biāo)塊相對于跟蹤塊的位移即為跟蹤點(diǎn)的位移。
7.如權(quán)利要求6所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在干，灰度相似性的度量方法為根據(jù)跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)對應(yīng)點(diǎn)的差值的絕對值的和、跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)對應(yīng)點(diǎn)亮度差的平方和或跟蹤塊與目標(biāo)塊內(nèi)亮度分布的相關(guān)性系數(shù)中的至少ー項進(jìn)行度量。
8.如權(quán)利要求1所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息,計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息,具體包括: 根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)和與之相鄰的有效跟蹤點(diǎn)的位置分布關(guān)系以及有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動速度信息，通過插值方法獲得目標(biāo)點(diǎn)在當(dāng)前幀的速度； 根據(jù)圖像的幀率和目標(biāo)點(diǎn)的速度，計算得到目標(biāo)點(diǎn)在下一幀圖像上的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息，還包括: 當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)的一定大小鄰域內(nèi)沒有有效跟蹤點(diǎn)的速度信息時，則基于相鄰的目標(biāo)點(diǎn)的空間關(guān)系插值出當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)的速度。
10.如權(quán)利要求1所述的組織運(yùn)動定量分析方法，其特征在于，所述計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)，具體包括:根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)的位置變化，重構(gòu)目標(biāo)區(qū)域的運(yùn)動信息，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的運(yùn)動信息，計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。
11.一種組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，包括: 圖像獲取單元，用于通過圖像采集模塊采集或從存儲介質(zhì)中讀取圖像； 預(yù)處理單元，用于在連續(xù)圖像中設(shè)置多個跟蹤點(diǎn)，并進(jìn)行運(yùn)動跟蹤； 后處理單元，用于標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域，并將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)，然后根據(jù)與目標(biāo)點(diǎn)相鄰的跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息，計算目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動信息，并計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 顯示單元，用于將后處理單元中的處理結(jié)果進(jìn)行顯示輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 操作控制單元，用于供用戶輸入操作控制信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)處理單元包括: 圖像加載模塊，用于手動或自動加載一定長度的圖像電影文件； 運(yùn)動跟蹤模塊，用于在圖像上生成跟蹤點(diǎn)，并對有效跟蹤點(diǎn)進(jìn)行定位跟蹤，并計算圖像上有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動?目息； 預(yù)存儲模塊，用于存儲運(yùn)動 跟蹤模塊中計算出的有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像加載模塊中設(shè)有預(yù)覽模塊，用于在加載圖像電影文件時進(jìn)行預(yù)覽。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)處理單元還包括: 校正模塊，用于根據(jù)跟蹤點(diǎn)的鄰域關(guān)系，對各跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動信息計算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行判定，并對存在誤差的運(yùn)動信息進(jìn)行校正。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述后處理單元包括: 目標(biāo)區(qū)域生成模塊，用于生成或調(diào)整目標(biāo)區(qū)域； 目標(biāo)跟蹤模塊，用于將目標(biāo)區(qū)域離散成若干個目標(biāo)點(diǎn)，然后根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)和與之相鄰的有效跟蹤點(diǎn)的位置分布關(guān)系以及有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動速度信息，計算出目標(biāo)點(diǎn)在下一幀圖像上的位置； 運(yùn)算模塊，用于根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)的位置變化，重構(gòu)目標(biāo)區(qū)域的運(yùn)動信息，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的運(yùn)動信息，計算組織運(yùn)動的相關(guān)定量參數(shù)； 后存儲模塊，用于存儲運(yùn)算模塊的處理結(jié)果。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的組織運(yùn)動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)跟蹤模塊根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)和與之相鄰的有效跟蹤點(diǎn)的位置分布關(guān)系以及有效跟蹤點(diǎn)的運(yùn)動速度信息，通過插值方法獲得目標(biāo)點(diǎn)在當(dāng)前幀的速度，并根據(jù)圖像的幀率和目標(biāo)點(diǎn)的速度，計算出目標(biāo)點(diǎn)在下一幀圖像上的位置。
【文檔編號】G06T7/20GK103456023SQ201210168518
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月28日
【發(fā)明者】金蒙, 叢龍飛 申請人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司