三维超声影像的重建方法

摘要

三维超声影像的重建方法，属于数字图象处理方法，用于医疗或工业超声影像设备实现三维成像，克服传统旋转重建方法中存在的重建误差问题，为提高三维超声图像的诊断准确性和测量精度奠定基础。本发明包括系统粗定标步骤、获取二维图像序列步骤、参数初始化步骤、数据校正步骤、三维数据重建步骤、三维图像评价步骤和参数值调整步骤。本发明克服了传统旋转重建方法中存在的重建误差问题，在存在成像系统定标误差情况下，通过建立新的数学模型并自动确定定标参数，进而获得失真小的三维超声图像，达到自定标目的，为提高三维超声图像的诊断准确性和测量精度奠定基础。

主权项

1.一种三维超声影像的重建方法，包括：(1)系统粗定标步骤，将超声探头超声束发射中心线与步进电动机旋转轴线保持在一条直线上，使引进的参数变化限制在一个较小的范围内；(2)获取二维数字图像序列步骤，由上位计算机对步进电动机的转动方式以及目标区域范围进行扫描控制，用图像采集卡，采集超声机显示屏上的模拟图像，采集的二维数字图像序列数据存储在计算机的内存里；(3)参数初始化步骤，将lc、β、α、lr设定为零，其中，lc为探头超声束发射中心线相对步进电动机旋转轴线的左右平移量，β为探头超声束发射中心线相对步进电动机旋转轴线的倾斜角，α为超声探头成像面与步进电动机旋转轴线不共面时的夹角，lr为探头超声束发射中心线和步进电动机旋转轴线的交点到图像中心线离开图片之点的距离；(4)数据校正步骤，对采集到计算机内存的二维数字图像序列数据进行校正；非共面的平移误差lr和旋转误差α，根据(4-1)式或(4-2)式将原始图像点坐标(i，j映射为校正后的图像点坐标(m，n)，(4-1)当β为顺时针偏转时：$\left(\begin{array}{c}m\\ n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \beta & \sin \beta \\ -\sin \beta & \cos \beta \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}i\\ j\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ \mathrm{lc}\end{array}\right)$(4-2)当β为逆时针偏转时：$\left(\begin{array}{c}m\\ n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \beta & -\sin \beta \\ \sin \beta & \cos \beta \end{array}\right)\left(\begin{array}{c}i\\ j\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\mathrm{col}\sin \alpha \\ \mathrm{lc}\end{array}\right)$其中col为原始图像的列数；(5)三维数据重建步骤，对校正后的二维数字图象序列数据，通过双线性内插方式重建三维图象中各点S(u，v，h)的灰度值P_s：P_s＝(1-f_θ)f_rP_a+f_θf_rP_b+f_θ(1-f_r)P_c+(1-f_θ)(1-f_r)P_d其中f_θ＝δ_θ/Δ_θ，f_r＝δ_r/Δ_r，δ_θ＝|θ-θ₁|，δ_r＝|rp-rj|；P_a、P_b、P_c、P_d分别为同一平面上距离点S最近的a，b，c，d四个点的灰度值，θ为点S与旋转中心线所决定的平面与重建初始帧所在平面的夹角，θ₁为点S最近的前一帧图象平面与重建初始帧所在平面的夹角；(6)三维图像评价步骤，采用图像评价函数$J(\beta ,\alpha ,\mathrm{lc},\mathrm{lr})=\underset{i}{\Sigma }{\delta }_i$对重建的三维图像进行评价，其中δ_i是第一帧和最后一帧图像交接处的灰度变化绝对量，如果已经达到预设图像标准，将所获得的三维图像作为重建后的输出图像，同时得到lc、β、α、lr的值，循环结束，否则进入步骤(7)；(7)参数值调整步骤，调整参数lc、β、α、lr的值，在其取值范围内进行等间隔量化，并对这四个参数值量进行组合，得到一个参数解的空间，对此解空间内全遍历搜索，依次转至步骤(4)。