一種超聲造影灌注參量快速成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲造影成像領(lǐng)域，具體涉及超聲造影灌注參量成像方法及定量評價 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲造影灌注參量成像技術(shù)將常規(guī)的超聲造影序列圖像轉(zhuǎn)變?yōu)榘麄€微血管 灌注時間分布特征的彩圖，進行直觀的空間展示，它能夠反映血流速度和血容量等功能性 血流灌注信息的空間分布。通過彩色編碼，利用偽彩變化突顯細節(jié)，增加圖像的動態(tài)范圍， 利于臨床醫(yī)生的識別診斷，對于臨床診斷與治療評估等方面具有重要意義和價值。
[0003]超聲造影灌注參量成像技術(shù)是基于整個造影灌注過程的視頻序列圖像。以往，基 于時間強度曲線（Timeintensitycurve，TIC)的造影灌注參量評價僅是一維數(shù)據(jù)評價， 對于局部臟器的空間灌注特點評價并不準確且直觀，為此近年發(fā)展了基于小感興趣區(qū)域 (Regionofinterest，R0I)的灌注參量成像技術(shù)，通過選擇一待成像R0I區(qū)域，對其進行網(wǎng) 格劃分為3X3或5X5像素的R0I矩陣，依次提取該R0I的TIC曲線，得到TIC空間矩陣， 進而通過對TIC進行濾波擬合處理后得到峰值、達峰時間、到達時間、曲線下面積等參量空 間分布矩陣，對每一參量進行歸一化偽彩色編碼，得到該參量圖像。通過該技術(shù)可以將組織 區(qū)域灌注的血流動力學空間分布信息差異直觀顯示出來，已廣泛用于心臟、肝臟、腎臟、乳 腺、腫瘤新生血管、急性腦中風等多個領(lǐng)域，作為臨床診斷和治療評價的輔助手段具有重要 的研究價值和應(yīng)用前景。
[0004]目前GE、飛利浦、東芝等國外廠家已將灌注參量成像技術(shù)實現(xiàn)于特定的軟件。但灌 注參量成像算法的運行時間較長，TIC受到的干擾較大，對設(shè)備的要求較高，限制了成像算 法的進一步應(yīng)用。因此需要對灌注參量成像技術(shù)進行優(yōu)化，提高程序運行效率，以期在保證 成像質(zhì)量的同時，實現(xiàn)快速的、準確的超聲造影灌注參量成像，以適于在國產(chǎn)中高端數(shù)字化 超聲影像設(shè)備的運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種超聲造影灌注參量快速成像方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0007] (1)基于3X3~5X5像素的R0I大小提取鄰域平滑后的時間強度曲線（TIC):設(shè) 定待參量成像區(qū)域；并以3X3~5X5像素為最小單元進行鄰域平滑，提取待參量成像區(qū)域 的原始TIC矩陣；
[0008] (2)原始TIC矩陣的篩選、基線歸零：對原始TIC矩陣依次進行有效TIC的篩選、 TIC基線歸零，獲得有效TIC矩陣；
[0009] (3)灌注參量提取并偽彩編碼成像：在有效TIC矩陣中分別提取時間類、強度類以 及比值類的灌注參量矩陣，并進行偽彩色編碼，灌注參量顯示。
[0010] ⑷利用圖像信息熵、圖像平均對比度、圖像平均灰度、圖像色彩均勾分布區(qū)域 (如腎皮質(zhì)部分）噪聲四個彩色圖像評價指標，構(gòu)建多元超聲造影灌注參量圖像定量評價 模型，對所得灌注參量圖像進行綜合定量評價。
[0011] 所述基于3X3~5X5像素的R0I大小提取鄰域平滑后的時間強度曲線（TIC)具 體包括以下步驟：
[0012] (1)默認整幅造影圖像為待參量成像區(qū)域；或人工手動介入通過多邊形R0I函數(shù) 鼠標點擊選擇至少4個待參量成像區(qū)域邊界的關(guān)鍵特征點，自動勾勒出待成像區(qū)域輪廓邊 界；
[0013] (2)以3X3~5X5像素為R0I尺寸進行鄰域平滑，按圖像像素點橫向縱向分布逐 點提取待參量成像區(qū)域的原始TIC矩陣。
[0014] 所述原始TIC矩陣的篩選、基線歸零具體包括以下步驟：
[0015] (1)以整個待參量成像區(qū)域為R0I，提取其TIC，作為篩選參考TIC;
[0016] (2)基于互相關(guān)原理，對所得原始3X3~5X5像素TIC矩陣與上述參考TIC逐條 做相關(guān)性分析，其相關(guān)系數(shù)計算公式如下：
[0018] 其中，TIC#TIC2分別為參考TIC和3X3~5X5像素下待篩選原始TIC矩陣中 某一條TIC，^(^與TIC2的數(shù)據(jù)長度點數(shù)均為η;
[0019] (3)保留相關(guān)系數(shù)大于0.3的原始3X3~5X5像素TIC為篩選后的有效TIC;
[0020] (4)以有效TIC前5點的均值為基準，對篩選后的TIC矩陣做基線歸零。
[0021] 所述灌注參量提取并偽彩編碼成像具體包括以下步驟：
[0022] (1)經(jīng)過篩選以及基線歸零后，分別提取3X3~5X5像素TIC矩陣中時間類、強 度類以及比值類灌注參量，得到對應(yīng)的灌注參量矩陣；
[0023] (2)對所得灌注參量矩陣分別進行偽彩色編碼并進行灌注參量顯示。
[0024] 對超聲造影灌注參量圖像進行彩色圖像質(zhì)量的定量評價，具體包括以下步驟：
[0025] (1)利用圖像信息熵（InEr〇、圖像平均對比度（ACc)、圖像平均灰度（AG)、圖像色 彩均勻分布區(qū)域噪聲（SDe)，構(gòu)建多元超聲造影灌注參量圖像定量評價模型，表述為：
[0026]Y= |Cj(l_InEnc) +c2 (l_ACc) +c31AG_0. 5 | +c4SDc+c5 (2)
[0027] (2)公式⑵中參數(shù)的計算如下所述：
[0028]InEnc為圖像信息熵，定義為：
[0029]
[0030]公式（3) *pR(i)，pe(i)，pB(i)分別為RGB色調(diào)第i灰度級上像素分布的概率；[0031] ACc為圖像平均對比度，定義為：
[0033]公式（4)ACRx，ACRy，ACCx，ACCy，ACBx，ACB#別為RGB色調(diào)橫向（下標x)、縱向（下標y)的平均對比度；如R色調(diào)橫向平均對比度按如下公式計算：
[0035]其中，Gray(X，y)為對應(yīng)色調(diào)像素點（x，y)的灰度，M，N分別為橫向、縱向的像素 數(shù)；R色調(diào)縱向平均對比度按如下公式計算：
[0039] 公式（5)中Μ,N分別為圖像的橫向、縱向像素數(shù)，Red(X，y)，Green(X，y)， Blue(x，y)分別為該像素點（x，y)處RGB色調(diào)分量的值；
[0040]SDe為圖像色彩均勻分布區(qū)域噪聲，定義為：
[0042] 公式（6)中P為圖像色彩均勻分布區(qū)域的像素總數(shù)，Xri，X(；1，Xbi分別為RGB色調(diào)第 i個像素的灰度，uR,us，uB分別為RGB三色的灰度均值。
[0043] (3)根據(jù)定義的InEnc、ACc、AG與算方式，計算灌注參量偽彩圖像的InEnc、 ACc、AG與SDe的數(shù)值，并對四個參數(shù)各自進行歸一化處理，代入公式（2);
[0044] (4)基于超聲圖像的視覺感知分析，聯(lián)合多元線性回歸分析方法，確定灌注參量圖 像定量評價模型中相應(yīng)的系數(shù)值，最終確定評價模型為：
[0045]Y= | -0· 92InEnc+0. 76ACc+l. 98 |AG-0. 5 | -0· 41SDc+0. 17 | (7)
[0046] (5)對所得灌注參量圖像進行基于視覺感知的多元線性回歸彩色圖像質(zhì)量分析，Y 值越小，圖像質(zhì)量越佳。
[0047] 本發(fā)明的優(yōu)點如下：
[0048] 1、本發(fā)明以3X3~5X5像素為最小R0I進行鄰域平滑后TIC的提取，可以大幅 度抑制組織雜波對TIC的干擾，在一定程度上以此簡單算法起到了其他常規(guī)TIC降噪擬合 技術(shù)降噪濾波效果。
[0049] 2、相比其他已公開的超聲造影灌注參量成像方法，本發(fā)明通過對灌注參量成像方 法的優(yōu)化與改進，在保證灌注參量圖像質(zhì)量的同時，能夠大幅度提高程序運行效率，實現(xiàn)快 速成像。
[0050] 3、采用多元超聲造影灌注參量成像定量評價模型對本發(fā)明提出的灌注參量成像 質(zhì)量進行定量評價，使得本發(fā)明所提出改進方法的評價更具客觀性。
【附圖說明】
[0051] 圖1為算法整體流程框圖。
[0052] 圖2為兔腎（以TTP為例）有TIC擬合（a)、無TIC擬合（b)的灌注參量圖。
[0053] 圖3為兔腎（以PR為例）有TIC基線歸零（a)、無TIC基線歸零（b)的灌注參量 圖。
[0054] 圖4為兔腎（以AUC為例）有TIC篩選（a)、無TIC篩選（b)的灌注參量圖。
[0055] 圖5為兔腎（以AUC為例）TIC篩選中有濾波（a)、TIC篩選中無濾波（b)的灌注 參量圖。
[0056] 圖6為本發(fā)明最終優(yōu)化方案所得兔腎TTP(a)與AUC(b)灌注參量圖。
【具體實施方式】
[0057] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0058] 盡管已公開的專利或文獻，如在單像素TIC源下取得了高分辨率、高質(zhì)量的超聲 造影灌注參量圖像（例如，【申請?zhí)枴?01510100876. 8,一種基于單像素TIC源的超聲造影灌 注參量成像方法），但因算法復雜度的限制，其運行時間長，對設(shè)備的軟硬件水平要求較高， 難以快速在國產(chǎn)中高端B超設(shè)備上實施，同時缺乏定量評價。因此，本發(fā)明首先提出一種灌 注參量成像的定量評價方法，包括以下步驟：
[0059] (1)利用圖像信息熵（InEr〇、圖像平均對比度（ACc)、圖像平均灰度（AG)、圖像色 彩均勻分布區(qū)域噪聲（SDe)四個彩色圖像質(zhì)量的定量評價指標，初步構(gòu)建多元超聲造影灌 注參量成像定量評價模型為：
[0060] Y= |Cj(l_InEnc) +c2 (l_ACc) +c31AG_0. 5 | +c4SDc+c5 (2)
[0061] (2)依據(jù)定義計算灌注參量彩色圖像的四個質(zhì)量定量評價指標并進行歸一化處 理。
[0062] InEnc為圖像信息熵，定義為：
[0063]
[0064] 公式（3) *pR(i)，pe(i)，pB(i)分別為RGB色調(diào)第i灰度級上像素分布的概率；
[0065] ACc為圖像平均對比度，定義為：
[0066]
[0067] 公式⑷中ACRx，ACRy，ACSx，ACSy，ACBx，ACBy分別為RGB色調(diào)橫向、縱向的平均對比 度；
[0068] AG為圖像平均灰度，定義為：
[0069]
[0070] 公式（5)中Μ,N分別為圖像的橫向、縱向像素數(shù)，Red(X，y)，Green(X，y)， Blue(x，y)分別為該像素點（x，y)處RGB色調(diào)分量的值；
[0071] SDeS圖像色彩均勻分布區(qū)域噪聲，定義為：
[007