CN212032180U - 一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，包括超声诊断仪(1)、计算机(2)、以及图像质量评估装置(3)；图像质量评估装置(3)和超声诊断仪(1)通过数据线电连接，超声诊断仪(1)和计算机(2)通过数据线电连接，超声诊断仪(1)实施超声图像的采集，并将获得的超声图像以及对图像操作所产生的数据传输至图像质量评估装置(3)；图像质量评估装置(3)将评估结果传回至超声诊断仪(1)；计算机(2)实施后续报告及备份任务。本实用新型提供的评估系统，结合医学超声图像特点，能够科学有效的对超声图像进行评估，实时提示医护工作者当前的检测准确度。

Description

一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统

技术领域

本实用新型属于数字图像中目标识别领域，涉及对产科超声图像的自动化分析与图像目标识别技术，尤其涉及一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统。

背景技术

目前，先天畸形种类多、发病率高，是医学难题之一，其既严重影响人口素质，又给社会带来沉重负担，而产前诊断是先天畸形二级干预措施，在降低先天畸形发生方面发挥重要作用。

产科超声图像分析是评价胎儿宫内生长发育的重要手段，具有无损、价廉、实时的优点，在医学影像技术中处于重要地位。产科超声图像分析中，通过超声成像测量胎儿颈背透明物厚度(nuchal translucency，NT)是衡量胎儿宫内生长发育的重要指标之一。NT是指胎儿颈部的透明液体。NT仅仅在胎儿11周～13周⁺⁶才会存在，14周开始，正常情况下NT逐渐被淋巴系统吸收。在11周～13周⁺⁶期间，NT越厚的胎儿，出生后患有染色体问题和心脏等问题的概率就越高。目前产科超声图像胎儿颈背透明物厚度测量的准确性尚不尽人意，一方面是超声成像硬件的物理特性导致超声图像的信噪比较低，增加医生人工诊断难度，诊断过程中费时费力；另一方面是人工判定带来的随机误差和操作者自身的视觉误差。

随着计算机技术的发展，医学图像的处理技术逐渐得到了广泛的应用，将图像处理技术应用于超声图像处理以提高NT检测准确性是具有可行性的发展方向。

随着医疗诊断对胎儿颈背透明物厚度测量准确性的要求不断提高，以及自动化的目标检测和分析测量方法对医疗领域变革的不断深入，有必要研究一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，从数字图像处理和计算机视觉的角度提供一套自动化的超声图像分析的辅助工具。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，该系统结合医学超声图像特点，能够科学有效的对超声图像进行评估，实时提示医护工作者当前的检测准确度，从而完成本实用新型。

本实用新型的目的在于提供一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，该系统包括超声诊断仪、计算机以及图像质量评估装置，其中，所述图像质量评估装置和超声诊断仪通过数据线电连接，超声诊断仪和计算机通过数据线电连接。

本实用新型中，超声诊断仪实施超声图像的采集，并将获得的超声图像以及对图像操作所产生的数据传输至图像质量评估装置；图像质量评估装置将评估结果传回至超声诊断仪；优选地，超声诊断仪将满足胎儿颈项透明层超声图像质量标准的图像以及对该图像进行操作所产生的数据传输至计算机，通过计算机实施后续报告及备份任务。

所述图像质量评估装置包括超声图像输入模块、例如通过导线与其电连接的图像预先处理模块、例如通过导线与其电连接的特征提取模块、例如通过导线与其电连接的决策判别模块、例如通过导线与其电连接的结果提示及交互处理模块、以及存储模块。优选地，所述超声图像输入模块与超声诊断仪电连接。

本实用新型中，所述超声图像输入模块用于输入超声图像；所述图像预先处理模块用于对输入的超声图像进行降噪处理；所述特征提取模块将待测超声图像划分为4个待测的子图像块，分别为鼻骨、NT、中脑、下颌骨和前胸区域，分别提取四个区域的HOG特征；所述决策判别模块采用贝叶斯决策判别算法，获得输入图像的4个子图像块与标准训练图像块的对比判定结果，确定输入图像的质量评价结果；所述结果提示及交互处理模块将输入图像的质量评价结果反馈至超声诊断仪，供系统操作者参考。

所述存储模块与超声图像输入模块、图像预先处理模块、特征提取模块、决策判别模块以及结果提示及交互处理模块电连接，优选用于预存储判别过程中的支撑数据，以及存储判别过程中产生的所有数据。

所述超声图像输入模块和结果提示及交互处理模块可以为接口模块，选自USB接口或串口接口，优选地，结果提示及交互处理模块与超声图像输入模块合二为一，形成双向通信连接接口。所述图像预先处理模块为高斯滤波器，所述决策判别模块包括贝叶斯分类器和整合评价单元。

本实用新型中，所述超声图像输入模块、图像预先处理模块、特征提取模块、决策判别模块、结果提示及交互处理模块以及存储模块均负载在电路板上，电路板嵌入位于图像质量评估装置外围的保护壳体中；优选地，超声图像输入模块和结果提示及交互处理模块位于电路板的边缘位置，保护壳体上留有对应超声图像输入模块和结果提示及交互处理模块的不封闭区域。

所述保护壳体为侧面封装形式，用于封装壳体的侧面为可拆卸侧面，保护壳体的另一部分为腔体，该可拆卸侧面通过螺纹连接件或者粘结材料固定在腔体上。

本实用新型中，用于连接腔体的上表面和下底面的三个侧面形成了两个夹角，夹角处为网格设计，形成保护壳体内部与外部换气的通风口；例如，带有网格设计的两个夹角为可拆卸模块，两夹角上与腔体相配合的边为插槽连接。优选地，保护壳体内部靠近其中一个夹角处，固定有散热风扇，该靠近散热风扇的夹角为出风口；远离散热风扇的带有网格设计的夹角内部设置防尘网，该夹角为进风口。

就有益效果而言，本实用新型提供的自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，通过将待测试图像与标准图像库进行比对，快速判定待测图像质量。本实用新型构思独特，方式新颖，结合医学超声图像特点，能够科学有效地对超声图像进行评估，从而实时提示医护工作者当前的检测准确度。

附图说明

图1示出本实用新型一种实施方式的自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统结构示意图；

图2示出本实用新型一种实施方式中超声图像划分4个子图像块的示例图；

图3示出本实用新型一种实施方式中电路板负载结构示意图；

图4示出本实用新型一种实施方式中图像质量评估装置的结构示意图。

附图标号说明：

1-超声诊断仪；

2-计算机；

3-图像质量评估装置；

31-超声图像输入模块；

32-图像预先处理模块；

33-特征提取模块；

34-决策判别模块；

35-结果提示及交互处理模块；

36-存储模块；

37-电路板；

41-可拆卸侧面；

42-腔体；

43-散热风扇；

44-提手。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

为了解决现有技术中主观因素造成的测量结果准确性问题以及降低医护工作人员的工作压力，本发明人利用医学图像处理技术进行了图像质量测评方面的研究，以获得一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统。

本实用新型提供了一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，该系统包括超声诊断仪1、计算机2(即电脑)、以及图像质量评估装置3，如图1所示。

其中，图像质量评估装置3和超声诊断仪1通过数据线电连接，超声诊断仪1和计算机2通过数据线电连接，超声诊断仪1实施超声图像的采集，并将获得的超声图像以及对图像操作(如对图像区域进行选择)所产生的数据传输至图像质量评估装置3；图像质量评估装置3将评估结果传回至超声诊断仪1。

超声诊断仪1将满足胎儿颈项透明层超声图像质量标准的图像以及对该图像进行操作(如胎儿颈项透明层厚度标注)所产生的数据传输至计算机2，通过计算机2实施后续报告及备份任务。

图像质量评估装置3包括超声图像输入模块31、图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34、结果提示及交互处理模块35、以及存储模块36。

超声图像输入模块31，通过数据线与超声诊断仪1电连接，输入超声图像。

图像预先处理模块32，通过导线与超声图像输入模块31电连接，用于对输入的超声图像进行降噪处理。

特征提取模块33，通过导线与图像预先处理模块32电连接，将待测超声图像划分为4个待测的子图像块，分别为鼻骨、NT、中脑、下颌骨和前胸区域，分别提取四个区域的HOG特征；超声图像划分4个子图的示例图，如图2所示。

决策判别模块34，通过导线与特征提取模块33电连接，采用贝叶斯决策判别算法，获得输入图像的4个子图像块与标准训练图像块的对比判定结果，确定输入图像的质量评价结果。

结果提示及交互处理模块35，通过导线与决策判别模块34电连接，将输入图像的质量评价结果反馈至超声诊断仪1，供系统操作者参考。

存储模块36，与超声图像输入模块31、图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34以及结果提示及交互处理模块35电连接，用于预存储判别过程中的支撑数据如4个标准图像块的判别函数，以及存储判别过程中产生的所有数据。

在本实用新型中，所述超声图像输入模块31为接口模块，如USB接口、或串口接口中的任意一种。其中，输入的超声图像的格式可以为JPG、BMP格式等。

在本实用新型中，图像预先处理模块32为高斯滤波器，通过DSP芯片实现高斯滤波功能。

在一种优选的实施方式中，取3*3，σ＝0.8高斯滤波器，如式1所示。

降噪处理对超声图像处理至关重要，利于后续目标区域定位及连通域查找操作，其中连通域包括如鼻尖，降噪超声后的鼻尖为大于20个像素的连通域。英国胎儿基金会(Fatal Medicine Foundation，FMF)网站公布的NT测量图像标准：①胎头位于正中矢状切面，颈部在自然姿势下，头部和胸部占整个屏幕；②显示鼻骨、鼻骨皮肤线和鼻尖；③显示胎儿颈后皮肤线；④显示胎儿颈后筋膜线；⑤显示上颌骨；⑥显示中脑。若全部满足以上标准，则划分为“合格图像”；若有1条不满足，则划分为“不合格图像”。鼻尖或大于20个像素的连通域的存在与否成为判断超声图像质量的重要依据，而降噪处理是提高连通域判断准确性较为必要的步骤。

在本实用新型中，所述特征提取模块33为能够记录鼻骨、NT、中脑、下颌骨和前胸区域并实施HOG特征向量提取的DSP芯片。

利用HOG特征对胎儿NT超声图像的4个待测的子图像块进行描述，从数学表达和人眼认知的角度描述子图像块的底层基本特征，以便识别。子图像块的HOG特征向量的提取步骤如下：

(i)采用Gamma校正法对输入图像进行颜色空间的标准化(归一化)；目的是调节图像的对比度，降低图像局部的阴影和光照变化所造成的影响，同时可以抑制噪音的干扰。

(ii)计算图像每个像素的梯度(包括大小和方向)；主要是为了捕获轮廓信息，同时进一步弱化光照的干扰。

(iii)将图像划分成6*6像素的小cells，统计每个cell内的梯度直方图。

(iiii)3*3个cell组成一个block，将一个block内所有cell的特征串联起来得到该block的HOG特征描述子。

(iiiii)将图像所有HOG特征串联起来得到该图像的HOG特征。

在本实用新型中，所述决策判别模块34包括贝叶斯分类器和整合评价单元。

子图像块输入贝叶斯分类器，利用贝叶斯分类器的判别函数获得相应子图像块的分类结果。

整合评价单元根据4个相关子图像块的分类结果，得出待测超声图像是否满足胎儿颈项透明层超声图像质量标准；若4个相关子图像块的分类结果均属于合格，则该超声图像满足胎儿颈项透明层图像标准；若任一子图像块的分类结果属于不合格，则该超声图像不满足胎儿颈项透明层图像标准。

在本实用新型中，贝叶斯分类器的判别函数通过样本集训练得到，样本集包括满足胎儿颈项透明层测量标准的超声图像，对样本集中的图像逐一人工框选出4个待检区域(鼻骨、NT、中脑、下颌骨和前胸区域)，分别得到4个对应的判别函数。

其中，贝叶斯分类器为能够实施分类功能的DSP芯片。

其中，整合评价单元为具有逻辑判断功能的电子器件，能够与贝叶斯分类器同属于一个数字电路。

在本实用新型中，所述结果提示及交互处理模块35为接口模块，如USB接口、或串口接口中的任意一种。

结果提示及交互处理模块35可以与超声图像输入模块31合二为一，形成双向通信连接接口。

在本实用新型中，所述存储模块36为7200RPM SATA硬盘。

在本实用新型中，所述计算机2为带有输入、显示和存储记忆功能，且能够进行数值和逻辑计算的电子设备，其可为现有技术中任何满足上述要求的电子设备，在此不做具体限定。

在本实用新型中，所述超声诊断仪1为任何具有与外部设备进行信息交互接口的超声诊断仪1，如Philips iU22彩色多普勒超声诊断仪1，在此不做具体限定。

在本实用新型中，如图3所示，上述超声图像输入模块31、图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34、以及结果提示及交互处理模块35、以及存储模块36均负载在电路板37上，电路板37嵌入位于图像质量评估装置3外围的保护壳体中。

超声图像输入模块31和结果提示及交互处理模块35位于电路板37的边缘位置，保护壳体上留有对应超声图像输入模块31和结果提示及交互处理模块35的不封闭区域，使超声诊断仪1能够方便的与图像质量评估装置3进行信息交互。

进一步地，图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34和存储模块36之间通过带孔的隔板、微小的焊点或者空白区域隔离，利于对图像质量评估装置3进行后期维护。

在本实用新型中，如图4所示，保护壳体为侧面封装形式，用于封装壳体的侧面为可拆卸侧面41，保护壳体的另一部分为腔体42，该可拆卸侧面41通过螺纹连接件或者粘结材料固定在腔体42上。

位于可拆卸侧面41两端的相对侧面的内壁上分别固定有高度相同且与保护壳体底面平行的橡胶插槽，电路板37两侧边插入该相对的橡胶插槽中得到固定。该设置一方面便于电路板37的安装和替换，另一方面，橡胶弹性材质和插槽式紧密安装，能够在运输中或使用过程中抵抗外界环境对仪器内部器件的振动干扰。

在本实用新型中，用于连接腔体42的上表面和下底面的三个侧面形成了两个夹角，夹角处为网格设计，形成保护壳体内部与外部换气的通风口。

进一步地，通风口网格的尺寸为(0.1～0.5cm)×(0.1～0.5cm)。

更进一步地，带有网格设计的两个夹角为可拆卸模块，两夹角上与腔体42相配合的边为插槽连接。

更进一步地，保护壳体内部靠近其中一个夹角处，固定有散热风扇43，该靠近散热风扇43的夹角为出风口；远离散热风扇43的带有网格设计的夹角内部设置防尘网，该夹角为进风口。

在本实用新型中，保护壳体上表面作为控制面板，该控制面板包括显示器和与其电连接的操控键组，显示器能够与超声图像输入模块31以及设于保护壳体内部的传感器件如温度传感器、湿度传感器连接，显示正在处理的超声图像编号以及图像质量评估装置3内部的温湿度等状态信息。

在本实用新型中，保护壳体上位于可拆卸侧面41两端的相对侧面的外壁上设置可以插接提手44两末端的凹槽，提手44两末端插入凹槽中，与凹槽形成转动配合。可转动式提手44的设置，利于对图像质量评估装置3的移动。

实施例1

以下参照图1，具体描述本实用新型的自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统。

如图1所示，该系统包括超声诊断仪1(Philips iU22彩色多普勒超声诊断仪1)、计算机2(戴尔电脑OptiPlex7060MT)、以及图像质量评估装置3。

图像质量评估装置3和超声诊断仪1通过数据线电连接，超声诊断仪1和计算机2通过数据线电连接，超声诊断仪1实施超声图像的采集，并将获得的超声图像以及对图像操作(如对图像区域进行选择)所产生的数据传输至图像质量评估装置3；图像质量评估装置3将评估结果传回至超声诊断仪1。

超声诊断仪1将满足胎儿颈项透明层超声图像质量标准的图像以及对该图像进行操作(如胎儿颈项透明层厚度标注)所产生的数据传输至计算机2，通过计算机2实施后续报告及备份任务。

图像质量评估装置3包括位于外围的保护壳体，以及负载于电路板37上的超声图像输入模块31、图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34、结果提示及交互处理模块35、以及存储模块36。

超声图像输入模块31和结果提示及交互处理模块35为USB接口，两者合二为一，形成双向通信连接接口。

图像预先处理模块32为能够实现高斯滤波功能的DSP芯片，通过导线与超声图像输入模块31电连接，用于对输入的超声图像进行降噪处理。

特征提取模块33为DSP芯片，通过导线与图像预先处理模块32电连接，将待测超声图像划分为4个待测的子图像块，分别为鼻骨、NT、中脑、下颌骨和前胸区域，分别提取四个区域的HOG特征。

决策判别模块34为具有分类和逻辑判断功能的DSP芯片，通过导线与特征提取模块33电连接，采用贝叶斯决策判别算法，获得输入图像的4个子图像块与标准训练图像块的对比判定结果，确定输入图像的质量评价结果。

存储模块36为7200RPM SATA硬盘，与超声图像输入模块31、图像预先处理模块32、特征提取模块33、决策判别模块34以及结果提示及交互处理模块35电连接，用于预存储判别过程中的支撑数据如4个标准图像块的判别函数，以及存储判别过程中产生的所有数据。

超声图像输入模块31和结果提示及交互处理模块35位于电路板37的边缘位置，保护壳体上留有对应超声图像输入模块31和结果提示及交互处理模块35的不封闭区域。

保护壳体为侧面封装形式，用于封装壳体的侧面为可拆卸侧面41，保护壳体的另一部分为腔体42，该可拆卸侧面41通过螺栓和螺母固定在腔体42上。

位于可拆卸侧面41两端的相对侧面的内壁上分别固定有高度相同且与保护壳体底面平行的橡胶插槽，电路板37两侧边插入该相对的橡胶插槽中得到固定。

用于连接腔体42的上表面和下底面的三个侧面形成了两个夹角，夹角处为网格设计，形成保护壳体内部与外部换气的通风口，通风口网格的尺寸为(0.1～0.5cm)×(0.1～0.5cm)，带有网格设计的两个夹角为可拆卸模块，两夹角上与腔体42相配合的边为插槽连接。保护壳体内部靠近其中一个夹角处，固定有散热风扇43，该靠近散热风扇43的夹角为出风口；远离散热风扇43的带有网格设计的夹角内部设置防尘网，该夹角为进风口。

保护壳体上表面作为控制面板，该控制面板包括显示器和与其电连接的操控键组，显示器能够与超声图像输入模块31以及设于保护壳体内部的传感器件(温度传感器和湿度传感器)连接，显示正在处理的超声图像编号以及图像质量评估装置3内部的温湿度状态信息。

保护壳体上位于可拆卸侧面41两端的相对侧面的外壁上设置可以插接提手44两末端的凹槽，提手44两末端插入凹槽中，与凹槽形成转动配合。

本实用新型研究项目已在“产学研”结合模式下，联合珠海艾博罗生物技术有限公司研制成功。

实测样本图像来源于2017年至2018年间中山大学孙逸仙纪念医院妇产科超声工作站存储的孕早期NT测量原始图像。从中人工划分300幅合格图像和300幅不合格图像用于测试。测试结果表明利用计算机图像识别技术对胎儿NT超声图像质量评估结果与人工筛选的判定结果一致性良好，kappa系数为0.81。见表1。

表1

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种自动评估胎儿颈项透明层超声图像质量的系统，包括超声诊断仪(1)、计算机(2)以及图像质量评估装置(3)，其特征在于，

图像质量评估装置(3)和超声诊断仪(1)通过数据线电连接，超声诊断仪(1)和计算机(2)通过数据线电连接，

图像质量评估装置(3)包括超声图像输入模块(31)、通过导线与超声图像输入模块(31)电连接的图像预先处理模块(32)、通过导线与图像预先处理模块(32)电连接的特征提取模块(33)、通过导线与特征提取模块(33)电连接的决策判别模块(34)、通过导线与决策判别模块(34)电连接的结果提示及交互处理模块(35)、以及存储模块(36)，

超声图像输入模块(31)通过数据线与超声诊断仪(1)电连接，输入超声图像，

存储模块(36)与超声图像输入模块(31)、图像预先处理模块(32)、特征提取模块(33)、决策判别模块(34)以及结果提示及交互处理模块(35)电连接，

超声图像输入模块(31)和结果提示及交互处理模块(35)为接口模块，选自USB接口或串口接口，

结果提示及交互处理模块(35)与超声图像输入模块(31)合二为一，形成双向通信连接接口，

图像预先处理模块(32)为高斯滤波器，

决策判别模块(34)包括贝叶斯分类器和整合评价单元，

超声图像输入模块(31)、图像预先处理模块(32)、特征提取模块(33)、决策判别模块(34)、结果提示及交互处理模块(35)以及存储模块(36)均负载在电路板(37)上，电路板(37)嵌入位于图像质量评估装置(3)外围的保护壳体中，

保护壳体为侧面封装形式，用于封装壳体的侧面为可拆卸侧面(41)，保护壳体的另一部分为腔体(42)，该可拆卸侧面(41)通过螺纹连接件或者粘结材料固定在腔体(42)上，

用于连接腔体(42)的上表面和下底面的三个侧面形成了两个夹角，夹角处为网格设计，形成保护壳体内部与外部换气的通风口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，超声图像输入模块(31)和结果提示及交互处理模块(35)位于电路板(37)的边缘位置，保护壳体上留有对应超声图像输入模块(31)和结果提示及交互处理模块(35)的不封闭区域。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，带有网格设计的两个夹角为可拆卸模块，两夹角上与腔体(42)相配合的边为插槽连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，保护壳体内部靠近其中一个夹角处，固定有散热风扇(43)，该靠近散热风扇(43)的夹角为出风口；远离散热风扇(43)的带有网格设计的夹角内部设置防尘网，该夹角为进风口。

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