組織運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動定量分析方法和系統(tǒng)，該組織運動定量分析方法包括：在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤；標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點；根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息；以及計算組織運動的相關定量參數。本發(fā)明實施例提供的組織運動定量分析系統(tǒng)，在跟蹤過程中充分考慮了物體運動在連續(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物體形狀的差異導致跟蹤算法設計的復雜性，大大減小了系統(tǒng)分析時間。
【專利說明】組織運動定量分析方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像分析技木，尤其涉及ー種組織運動定量分析方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[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)生不受放射性物質輻射，方法簡便、可多次重復、可在床旁進行，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構和功能。超聲心動圖能區(qū)別心壁的內外膜和心腔，通過評價室壁的收縮期增厚率和內膜移動幅度，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B-Mode模式下獲得的電影文件對心臟運動情況進行分析，這要求醫(yī)生有豐富的臨床經驗。組織多普勒模式可以獲得心臟運動的速度信息，從而獲得心臟的幾何參數和運動參數，進ー步獲得與心臟、血管組織生理特點有關的參數，如應變、應變率等。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動速度信息，無法獲得準確的ニ維速度信息，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，基于斑點跟蹤技術的超聲圖像運動跟蹤技術成為一個正在快速發(fā)展的方向。斑點跟蹤技木通過跟蹤超聲圖像中超聲散射斑點在B型超聲圖像中的位置，從而獲得對應的組織的位置變化關系。相對于組織多普勒模式，該技術可以獲得組織運動的ニ維速度信息，無角度依賴性，突破了組織多普勒模式應用上的局限性，因此，在心臟運動定量分析上有廣闊的應用前景。
[0003]目前，斑點跟蹤技術主要基于圖像灰度信息的相似性度量的技木。該技術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動速度，從而獲得組織的運動信息。該技術對圖像質量要求較高，在圖像質量較差的情況下，該技術的魯棒性較差，重復性不好。美國發(fā)明專利US7356172中提出采用標記點及標記點的相對位置關系描述跟蹤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建能量函數對圖像中的組織的運動進行跟蹤。該方法需要利用參考幀圖像構建標記點，并利用迭代操作進行計算，計算繁瑣，魯棒性較差。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于結合B型超聲圖像的自身特點，提供ー種組織運動定量分析方法和系統(tǒng)，可以在有嚴重噪聲干擾的情況下有效地跟蹤超聲圖像中組織體的運動速度，快速地、精確地獲得組織體的定量參數信息。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了ー種組織運動定量分析方法，包括:
在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤；
標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點；
根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息；
計算組織運動的相關定量參數。[0006]相應地，本發(fā)明還提供了一種組織運動定量分析系統(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中讀取圖像；
預處理單元，用于在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤；
后處理單元，用于標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點，然后根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息，并計算組織運動的相關定量參數；
顯示單元，用于將后處理單元中的處理結果進行顯示輸出；
操作控制單元，用于供用戶輸入操作控制信息。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過對整個圖像區(qū)域進行跟蹤，考慮物體運動的空間和時間上的連續(xù)性，獲得整個物體的運動情況；然后以自動或者手動的方式，選擇和設定目標物體、區(qū)域或者目標形狀；根據設定的目標區(qū)域的形態(tài)計算目標物體運動的定量參數。在跟蹤的過程中根據目標點之間的空間位置關系和時間關系對圖像中信息缺失部分的運動，進行了補償，具有很強的魯棒性。
[0008]本發(fā)明在跟蹤過程中充分考慮了物體運動在連續(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物體形狀的差異導致跟蹤算法設計的復雜性，同時避免了重復輸入或選擇目標區(qū)域操作等原因導致的對目標區(qū)域的重復跟蹤計算，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)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術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，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據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)明提供的組織運動定量分析系統(tǒng)的框圖；
圖3為本發(fā)明提供的組織運動定量分析系統(tǒng)的預處理單元的框圖；
圖4為本發(fā)明提供的組織運動定量分析系統(tǒng)的預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)域進行跟蹤，考慮物體運動的空間和時間上的連續(xù)性，獲得整個物體的運動情況；然后以自動或者手動的方式，選擇和設定目標物體、區(qū)域或者目標形狀；根據設定的目標區(qū)域的形態(tài)計算目標物體運動的定量參數。在跟蹤的過程中根據目標點之間的空間位置關系和時間關系對圖像中信息缺失部分的運動，進行了補償，具有很強的魯棒性。
[0012]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(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)明保護的范圍。[0013]圖1是本發(fā)明提供的ー種組織運動定量分析方法的流程示意圖，本發(fā)明的組織運動定量分析方法包括:
步驟S1、在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤。
[0014]步驟S2、標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點。
[0015]步驟S3、根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息。
[0016]步驟S4、計算組織運動的相關定量參數。
[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。生成跟蹤點的方法可以是通過在每一幀圖像上構建相同網格，選取網格點作為跟蹤點，網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格等等。生成圖像網格的方法還可以是，根據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，結合圖像中運動物體的運動特性，生成一個運動區(qū)域，運動區(qū)域應當至少包含監(jiān)視區(qū)域在運動過程中可能到達的范圍，然后在運動區(qū)域中生成網格。其中，不同幀圖像上生成的跟蹤點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。在每ー幀圖像上，以跟蹤點為中心，選擇跟蹤點ー定大小鄰域為跟蹤塊，根據跟蹤塊內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跟蹤塊內圖像灰度均值、方差符合一定閾值，也可以是根據跟蹤塊內圖像的紋理信息，對跟蹤塊內灰度圖像提取的特征符合一定條件等，還可以是根據超聲圖像成像區(qū)域進行判定。
[0019]步驟S103、定位每ー幀圖像中的跟蹤點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為中心的一定大小的鄰域內構建搜索區(qū)域，在捜索區(qū)域內根據灰度相似性捜索與該跟蹤塊匹配的目標塊。灰度相似性的度量方法為計算跟蹤塊與目標塊內對應點的差值的絕對值的和、計算跟蹤塊與目標塊內對應點亮度差的平方和或計算跟蹤塊與目標塊內亮度分布的相關性系數等。其中，跟蹤塊與目標塊內亮度分布的相關性系數Cbr可以定義如下:
【權利要求】
1.ー種組織運動定量分析方法，其特征在于，包括: 在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤； 標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點； 根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息； 計算組織運動的相關定量參數。
2.如權利要求1所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤，具體包括: 在每ー幀圖像上生成跟蹤點； 選擇有效跟蹤點； 定位每ー幀圖像中的跟蹤點在下一幀圖像上的位置； 計算每一幀圖像上有效跟蹤點的運動信息； 存儲甸一幀圖像上有效跟蹤點的運動彳目息。
3.如權利要求2所述的組織運動定量分析方法，其特征在干，在存儲每一幀圖像上有效跟蹤點的運動信息前，還包括: 根據跟蹤點的鄰域關系，判斷各跟蹤點的運動信息計算結果的準確性，并對存在誤差的運動信息進行校正。`
4.如權利要求2所述的組`織運動定量分析方法，其特征在于，所述在每一幀圖像上生成跟蹤點中，不同幀圖像上生成的跟蹤點的位置分布是固定相同的。
5.如權利要求2所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述在每一幀圖像上生成跟蹤點中，不同幀圖像上生成的跟蹤點的位置分布是變化的。
6.如權利要求2所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述定位每ー幀圖像中的跟蹤點在下一幀圖像上的位置，具體包括: 將跟蹤點的一定大小鄰域作為跟蹤塊，在當前幀的下一幀圖像上以該跟蹤點為中心的一定大小領域內根據灰度相似性，捜索與該跟蹤塊匹配的目標塊，目標塊相對于跟蹤塊的位移即為跟蹤點的位移。
7.如權利要求6所述的組織運動定量分析方法，其特征在干，灰度相似性的度量方法為根據跟蹤塊與目標塊內對應點的差值的絕對值的和、跟蹤塊與目標塊內對應點亮度差的平方和或跟蹤塊與目標塊內亮度分布的相關性系數中的至少ー項進行度量。
8.如權利要求1所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息,計算目標點的運動信息,具體包括: 根據目標點和與之相鄰的有效跟蹤點的位置分布關系以及有效跟蹤點的運動速度信息，通過插值方法獲得目標點在當前幀的速度； 根據圖像的幀率和目標點的速度，計算得到目標點在下一幀圖像上的位置。
9.如權利要求8所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息，還包括: 當目標點的一定大小鄰域內沒有有效跟蹤點的速度信息時，則基于相鄰的目標點的空間關系插值出當前目標點的速度。
10.如權利要求1所述的組織運動定量分析方法，其特征在于，所述計算組織運動的相關定量參數，具體包括:根據目標點的位置變化，重構目標區(qū)域的運動信息，并根據目標區(qū)域的運動信息，計算組織運動的相關定量參數。
11.一種組織運動定量分析系統(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中讀取圖像； 預處理單元，用于在連續(xù)圖像中設置多個跟蹤點，并進行運動跟蹤； 后處理單元，用于標記目標區(qū)域，并將目標區(qū)域離散成若干個目標點，然后根據與目標點相鄰的跟蹤點的運動信息，計算目標點的運動信息，并計算組織運動的相關定量參數。
12.根據權利要求11所述的組織運動定量分析系統(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果進行顯示輸出。
13.根據權利要求11所述的組織運動定量分析系統(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.根據權利要求11所述的組織運動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理單元包括: 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； 運動跟蹤模塊，用于在圖像上生成跟蹤點，并對有效跟蹤點進行定位跟蹤，并計算圖像上有效跟蹤點的運動?目息； 預存儲模塊，用于存儲運動 跟蹤模塊中計算出的有效跟蹤點的運動信息。
15.根據權利要求14所述的組織運動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像加載模塊中設有預覽模塊，用于在加載圖像電影文件時進行預覽。
16.根據權利要求14所述的組織運動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理單元還包括: 校正模塊，用于根據跟蹤點的鄰域關系，對各跟蹤點的運動信息計算結果的準確性進行判定，并對存在誤差的運動信息進行校正。
17.根據權利要求11所述的組織運動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述后處理單元包括: 目標區(qū)域生成模塊，用于生成或調整目標區(qū)域； 目標跟蹤模塊，用于將目標區(qū)域離散成若干個目標點，然后根據目標點和與之相鄰的有效跟蹤點的位置分布關系以及有效跟蹤點的運動速度信息，計算出目標點在下一幀圖像上的位置； 運算模塊，用于根據目標點的位置變化，重構目標區(qū)域的運動信息，并根據目標區(qū)域的運動信息，計算組織運動的相關定量參數； 后存儲模塊，用于存儲運算模塊的處理結果。
18.根據權利要求17所述的組織運動定量分析系統(tǒng)，其特征在于，所述目標跟蹤模塊根據目標點和與之相鄰的有效跟蹤點的位置分布關系以及有效跟蹤點的運動速度信息，通過插值方法獲得目標點在當前幀的速度，并根據圖像的幀率和目標點的速度，計算出目標點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