CN105433987A - 在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法及计算机程序产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法及计算机程序产品，该方法是根据在对人体执行碎石过程中，对结石部位所依序获得的多幅的三维结石影像，在人体外执行以下步骤：A.由一处理单元对该多幅的三维结石影像，依取得时间的先后顺序分别逐一执行一运算程序，该运算程序是分别以一熵(Entropy)纹理表达式或一逆差矩(IDM)纹理表达式计算每一三维结石影像的一纹理特征值；B.当该熵(Entropy)纹理表达式或该逆差矩(IDM)纹理表达式所计算的纹理特征值实质上不再变化时，由该处理单元输出一提示讯号。运算多幅的三维结石影像的纹理特征值，并观察三维结石影像的纹理特征值所产生的变化，由此在人体外判断多幅三维结石影像间差异。

Description

在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法及计算机程序产品

技术领域

本发明有关于一种在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法，特别是指对多幅三维结石影像执行纹理特征值的运算，并经由纹理特征值判定多幅三维结石影像间差异的方法，以及安装有在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法的计算机程序产品。

背景技术

随着生活质量的提升，目前一般人饮食的习惯大多都偏向多油、高蛋白甚至是精致饮食，但上述的饮食都易造成人体的负担，进而衍生出许多病痛。最直接关系的就是排毒的肾脏器官，肾脏属于泌尿系统的一部分，负责过滤血液中的杂质、维持体液和电解质的平衡，最后产生尿液经由泌尿系统排出体外，而肾脏中最常见的病痛即为肾结石，肾结石是尿液中的矿物质结晶沈积在肾脏里，有时会移动到输尿管。它们的体积小至沙粒般，也有些大到像个高尔夫球。较小的肾结石常会随尿液排出体外，但如果直径增加到数毫米，可能会堵住输尿管，造成尿液受阻，引起剧烈腰痛，有时疼痛会延伸到下腹部或腹股沟。

然而，肾结石可以用体外震波碎石术治疗，对身体的伤害极小，而且一般都不用住院。有些无法用震波解决的结石则需要用内视镜，如输尿管镜等，只有极少数的患者需要用传统开刀的方式取出结石，大多是因为结石体积太大，而开刀也有一项优点，就是结石通常能完整地取出。

但传统已知体外震波碎石术治疗仍有以下的不足：

1、传统已知体外震波碎石治疗过程中，无法立即得知人体内结石震碎情况，大多都是医护人员由术前的X光片或超音波影像预先做结石体积及位置的判断，再依照经验评估结石影像的变化而决定震波碎石治疗的停止时机；

2、震波碎石过程中，由于肾脏会随着患者呼吸而移动，造成结石跟着移动而影响碎石效果。若结石震碎的程度不足，将无法顺利地从尿道排出，并造成疼痛与肾水肿。

为了解决上述震波碎石过程中，由于肾脏会随着患者呼吸而移动，造成结石跟着移动，进而造成无法有效追踪到结石的缺失，本发明人在已核准中国台湾专利公告号「I414267」的体外震波碎石机的3D超音波影像追踪系统中特别提到，透过预先在计算机系统中建构一病患的3D超音波结石影像数据库，是以2D超音波扫描仪逐步扫描病患的结石超音波影像切面，并且将扫描所得到的所有2D超音波影像切面重组，构成3D超音波影像数据库，此时3D超音波影像将作为3D追踪系统的参考数据库，之后将碎石治疗时所扫描到的实时撷取的2D超音波结石影像切面来与前述的3D超音波结石影像数据库作比对及分析相关性与最佳位置，使得病患的结石可以实时移动到体外震波碎石机的震波聚焦点内而得以最佳的正确位置进行碎石治疗。但此件专利案仅在说明如何有效的追踪患者体内的结石位置，并无法对建构出的3D超音波结石影像进行后续的分析作业。

发明内容

虽然目前在肾结石临床的治疗中，已有三维的扫描设备能显现患者体内治疗状况，但碍于目前技术影像技术的限制，导致医师无法在体外判断三维影像与结石的碎裂程度的相关联性。

为了解决上述的缺失，本发明人研发出一种在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法，是根据在对人体执行碎石过程中，对结石部位所依序获得的多幅的三维结石影像，在人体外执行以下步骤：A.由一处理单元对该多幅的三维结石影像，依取得时间的先后顺序分别逐一执行一运算程序，该运算程序分别以一熵(Entropy)纹理表达式或一逆差矩(IDM)纹理表达式计算每一三维结石影像的一纹理特征值，其中该熵(Entropy)纹理表达式的定义为E＝-Σ_i，jP(i，j)logP(i，j)，而该逆差矩(IDM)纹理表达式的定义为 $\mathrm{IDM}={\mathrm{\Σ}}_{i,j}\frac{P(i,j)}{1+{(i-j)}^2},$ 其中 $P(i,j)=\frac{C(i,j)}{{\mathrm{\Σ}}_{i,j}C(i,j)},$ 又该i,j为影像灰阶像素值，该C(i,j)为(i,j)在条件为像素间的间格距离d和角度θ组合下所出现的次数；B.当该熵(Entropy)纹理表达式或该逆差矩(IDM)纹理表达式所计算的纹理特征值实质上不再变化时，由该处理单元输出一提示讯号。

本发明也是一种计算机程序产品，是将一应用程序安装于一计算机上，使该计算机执行上述在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法。

其中每一三维结石影像为撷取多幅二维超音波影像建构而成，并在每一三维结石影像中选取一有效区域执行前述运算程序。

本发明是在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法以及执行在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法的计算机程序产品具有下列的功效：

1、即使结石随着人体的呼吸作用而移位，还是能透过本发明扫描多幅二维结石超音波影像并转换为三维结石影像，此能在手术过程中更准确的定位到结石位置。

2、利用熵(Entropy)纹理表达式或逆差矩(IDM)纹理表达式对具有不同碎裂程度的多幅三维结石影像进行运算，再透过运算后的纹理特征值判断是否达到预设的条件，此得知三维结石影像间的差异变化，进而提供给医护人员作为停止震波的时机的参考。同时可以避免结石碎裂程度不足以由尿道排出，进而造成日后有复发的可能性，或是已完成碎石成效而未实时停止震波击发程序，造成非必要的副作用，更严重的甚至造成肾痿缩、尿毒症。

附图说明

图1是本发明在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法的步骤流程图；

图2是本发明执行在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法的医疗器材架构示意图；

图3是本发明中3D结石切片影像示意图；

图4是本发明利用该熵(Entropy)纹理表达式计算具有不同该结石碎裂程度的三维结石影像的图表；

图5是本发明利用该逆差矩(IDM)纹理表达式计算具有不同该结石碎裂程度的三维结石影像的图表。

符号说明

1超音波扫描仪11超音波探头

12第一运动机构13第二运动机构

2床台21滑移平台

3处理单元

31屏幕

4震波产生装置

F2结石聚焦点

具体实施方式

本发明是为一种在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法，特别是指在体外透过运算该三维结石影像取得一纹理特征值，再由纹理特征值判断每一三维结石影像的差异。虽然在本实施例中应用的领域为医学领域中的结石治疗，但本发明所述在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法仅在由纹理特征值判断每一三维结石影像的差异，并非直接判定肾结石的治疗状况，所获得的信息仅为中间结果，并无法直接获得疾病的诊断结果，因此本发明在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法不属于法定不与发明专利的标的。

请接续参阅图1所示，图中说明本发明所述在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法的步骤流程图，特别说明该方法是根据在对人体执行碎石过程中，对结石部位所依序获得的多幅的三维结石影像，在人体外执行以下步骤：

A.由一处理单元对该多幅的三维结石影像，依取得时间的先后顺序分别逐一执行一运算程序，该运算程序分别以一熵(Entropy)纹理表达式或一逆差矩(IDM)纹理表达式计算每一三维结石影像的一纹理特征值，其中该熵(Entropy)纹理表达式定义为E＝-Σ_i，jP(i，j)logP(i，j)，而该逆差矩(IDM)纹理表达式定义为 $\mathrm{IDM}={\mathrm{\Σ}}_{i,j}\frac{P(i,j)}{1+{(i-j)}^2},$ 其中 $P(i,j)=\frac{C(i,j)}{{\mathrm{\Σ}}_{i,j}C(i,j)},$ 又该i,j为影像灰阶像素值，该C(i,j)为(i,j)在条件为像素间的间格距离d和角度θ组合下所出现的次数。

B.该处理单元执行一检测程序，该检测程序读取多幅三维结石影像以该熵(Entropy)纹理表达式或该逆差矩(IDM)纹理表达式计算的纹理特征值，其中利用该熵(Entropy)纹理表达式计算的纹理特征值，其该纹理特征值与该结石碎裂程度呈正比，而利用该逆差矩(IDM)纹理表达式计算的纹理特征值，其该纹理特征值与该结石碎裂程度呈反比，当该检测程序侦测到以该熵(Entropy)纹理表达式或以该逆差矩(IDM)纹理表达式所计算的纹理特征值不再变化时，由该处理单元发出一提示讯号。

其中每一三维结石影像是为撷取多幅二维超音波影像建构而成，并在每一三维结石影像中选取一有效区域执行前述运算程序。

请接续参阅图2所示，图中是表示本发明所述三维结石影像碎裂程度的方法的实施例，包含有一超音波扫描仪1、一床台2、一处理单元3、一链接该处理单元3的屏幕31及一震波产生装置4。

所述超音波扫描仪1设置在该床台2周围，且超音波扫描仪1包含有一超音波探头11、一第一运动机构12及一第二运动机构13，由该第一运动机构12及该第二运动机构13使该超音波探头11能移动至任一个撷取影像位置，并透过该超音波探头11扫描影像并传输至该处理单元3。

所述床台2用以供病患躺卧，该床台2具有一滑移平台21，该滑移平台21受该处理单元3的控制，用以控制该床台2的移动。

所述处理单元，用以接收该超音波扫描仪1所传输的影像，进而仿真出一三维结石影像，并将该三维结石影像呈现在该屏幕31上。

所述震波产生装置4，用以对一结石聚焦点F2施以震波处理，进行碎石治疗。

请再次参阅图1及图2所示，并搭配上述说明的医疗器材以及执行在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法，说明如下：

首先，医疗人员使用该超音波扫描仪1逐次对体外震波手术的患者进行多幅二维超音波影像扫描(每进行一次体外震波即撷取多幅二维超音波影像)。再透过该处理单元3将多幅二维超音波影像建构出多张的具有不同碎裂程度的三维结石影像。其中，取得重组三维结石影像的二维超音波影像切片扫描方式可为水平、弧形、旋转角度或垂直扫描。

然后再由该处理单元3根据该等三维结石影像根据结石位置选取出一有效区域，详细的选取画面请参阅图3所示。

当选取出该有效区域后，该处理单元3在体外对该等三维结石影像的有效区域执行一运算程序，该运算程序是分别以一熵(Entropy)纹理表达式或一逆差矩(IDM)纹理表达式计算每一三维结石影像的一纹理特征值，其中该熵(Entropy)纹理表达式是定义为E＝-Σ_i，jP(i，j)logP(i，j)，而该逆差矩(IDM)纹理表达式定义为 $\mathrm{IDM}={\mathrm{\Σ}}_{i,j}\frac{P(i,j)}{1+{(i-j)}^2},$ 其中 $P(i,j)=\frac{C(i,j)}{{\mathrm{\Σ}}_{i,j}C(i,j)},$ 又该i,j为影像灰阶像素值，该C(i,j)是为(i,j)在条件为像素间的间格距离d和角度θ组合下所出现的次数。

请参阅图4所示，图4是表示利用该熵(Entropy)纹理表达式计算具有不同该结石碎裂程度的三维结石影像的图表，图中可观察到当该结石碎裂程度越高时，该纹理特征值呈现规律的上升。当该检测程序侦测到以该熵(Entropy)纹理表达式所计算的纹理特征值不再变化时，该处理单元发出一提示讯号。

又或者如图5所示，图5是表示利用该逆差矩(IDM)纹理表达式计算具有不同该结石碎裂程度的三维结石影像的图表，图中可观察到当该结石碎裂程度越高时，该纹理特征值呈现规律的下升。当该检测程序侦测到以该逆差矩(IDM)所计算的纹理特征值不再变化时，该处理单元亦发出该提示讯号。

透过前述处理单元发出的提示讯号，代表着该结石的碎裂程度达到医护人员期望的一碎裂默认值，用以辅助判断医护人员能在体外分析出每一三维结石影像间的差异变化，进而作为辅助判断震波停止时机参考。

本发明另一目的是为一种计算机程序产品，是将一应用程序安装于一计算机上，使该计算机执行上述在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (3)

1.一种在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法，其特征在于：其是根据在对人体执行碎石过程中，对结石部位所依序获得的多幅的三维结石影像，在人体外执行以下步骤：

A.由一处理单元对该多幅的三维结石影像，依取得时间的先后顺序分别逐一执行一运算程序，该运算程序是分别以一熵(Entropy)纹理表达式或一逆差矩(IDM)纹理表达式计算每一三维结石影像的一纹理特征值，其中该熵(Entropy)纹理表达式定义为E＝-Σ_i，jP(i，j)logP(i，j)，而该逆差矩(IDM)纹理表达式定义为 $\mathrm{IDM}={\mathrm{\Σ}}_{i,j}\frac{P(i,j)}{1+{(i-j)}^2},$ 其中 $P(i,j)=\frac{C(i,j)}{{\mathrm{\Σ}}_{i,j}C(i,j)},$ 又该i,j为影像灰阶像素值，该C(i,j)是为(i,j)在条件为像素间的间格距离d和角度θ组合下所出现的次数；

B.当该熵(Entropy)纹理表达式或该逆差矩(IDM)纹理表达式所计算的纹理特征值实质上不再变化时，由该处理单元输出一提示讯号。

2.根据权利要求1所述的在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法及计算机程序产品，其特征在于：每一三维结石影像为撷取多幅二维超音波影像建构而成，并在每一三维结石影像中选取一有效区域执行前述运算程序。

3.一种计算机程序产品，是将一应用程序安装于一计算机上，使该计算机执行根据权利要求1及2任一项所述的在体外判断多幅三维结石影像间差异的方法。