TW201512686A - 超音波影像補償方法 - Google Patents

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Abstract

一種超音波影像補償方法，其係標定出一超音波影像之複數個主材質區域後，依據主材質區域之一第一衰減曲線進行一全補償處理而產生一全補償影像；接著依據超音波影像之第一像素亮度值與全補償影像之第二像素亮度值產生一包含有複數個亮度區之亮度對照表，且亮度區對應有相異之複數個亮度補償值；依據該些亮度補償值對超音波影像與全補償影像進行一線性加總分析而產生包含有一第二衰減曲線之一補償影像；依據第一衰減曲線與第二衰減曲線產生一補償曲線；利用補償曲線所具有之深度、第一亮度提升值對補償影像進行空間對比分析而產生一較佳補償影像。

Description

超音波影像補償方法
本發明係有關於一種超音波影像補償方法，尤指一種對超音波影像標定出主材質區域後，再對超音波影像進行補償並加強對比之超音波影像補償方法。
由於科技的發展與時代的進步，藉由超音波生成影像的技術已大量應用於人們的生活當中，舉例而言，相較於臨床常用的醫學影像系統如X光、CT、MRI或核醫影像，超音波影像具有低價格、非侵入式、無輻射性危險、即時影像、次毫米(sub mm)級的空間影像解析度、可攜性以及可進行流速偵測等優點，因此超音波影像幾乎被廣泛應用於臨床各科的診斷上。
超音波成像原理是利用聲波散射以及反射的特性來重建待測體之影像，其中，在超音波成像過程中，聲波由探頭發射後，經介質散射的回波強度隨著介質深度增加而遞減，導致在最後成像的超音波影像中，亮度與有效動態範圍會隨著深度增加而降低。此外，超音波影像也會在人們不同的器官與體態，所呈現的亮度衰減亦有相當程度的不同，進而降低臨床診斷的可靠度。
此外，在目前在臨床診斷中，往往按照一固定預設的線性亮度補償作提升，而後必須還要依靠操作人員的經驗，依據不同的深度來調整亮度增益與動態範圍，才可得到較為真實無衰減的影像與診斷資訊，此過程十分費時與不便利。
有鑒於現有的技術在臨床診斷中，由於超音波影像會因為使用在人們不同的器官與體態，導致所呈現的亮度衰減亦有相當程度的不同，進而降低臨床診斷的可靠度，且超音波影像需依靠操作人員的經驗對不同的深度來調整亮度增益與動態範圍，進而造成不具有效率以及便利之問題。
緣此，本發明之主要目的在於提供一種超音波影像補償方法，其主要是採用自動化的方式進行補償，其係對超音波影像標定出主材質區域後，再對超音波影像進行依據深度補償亮度並且加強其對比，藉以增加臨床診斷的可靠度與便利性。
基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種超音波影像補償方法，包含以下步驟：(a)接收一超音波影像，超音波影像係包含有複數個第一像素亮度值；(b)標定出超音波影像之複數個主材質區域，藉以產生主材質區域之一第一衰減曲線；(c)依據主材質區域之第一衰減曲線，對第一衰減曲線進行一全補償處理，據以產生一全補償影像，全補償影像係包含有對應 於該些第一像素之複數個第二像素亮度值；(d)依據該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值產生一亮度對照表，亮度對照表係具有複數個亮度區，該些亮度區係對應有相異之複數個亮度補償值。
在執行完步驟(d)後，還包含執行(e)依據該些亮度區所對應之該些亮度補償值，對超音波影像與全補償影像進行一線性加總分析，藉以產生一補償影像，補償影像係具有一第二衰減曲線；(f)依據第一衰減曲線與第二衰減曲線產生一補償曲線；(g)擷取補償曲線所具有之一深度、一第一亮度提升值與一第二亮度提升值；以及(h)利用深度、第一亮度提升值與第二亮度提升值對補償影像進行一空間對比分析，藉以產生一較佳補償影像。
其中，上述超音波影像補償方法之附屬技術手段之較佳實施例中，步驟(e)係藉由一二維權重遮罩進行該線性加總分析，另外，補償影像更包含有對應於該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值之複數個第三像素亮度值，該些亮度補償值係定義為α，該些第一像素亮度值係定義為P1，該些第二像素亮度值係定義為P2，該些第三像素亮度值係定義為P3，線性加總分析係使P3=α*P1+(1-α)P2。此外，該些亮度補償值α係介於0至1之間，且步驟(g)係藉由一二維空間迦瑪濾波器(Adaptive 2D gamma filter)進行空間對比分析。
另外，上述超音波影像補償方法之附屬技術手段之較佳實施例中，深度係定義為d，第一亮度提升值係定義為 r1，第二亮度提升值係定義為r2，空間對比分析係利用深度d、第一亮度提昇值r1與第二亮度提升值r2找出一對比提昇值γ，並利用對比提昇值γ產生較佳補償影像，而對比提昇值γ=(r1-d)/r2。
藉由本發明所採用之超音波影像補償方法後，由於此方法可自動化補償深度方向之亮度，有效降低因超音波影像隨深度衰減對影像所造成的診斷影響，增加超音波影像在診斷上的可信度。此外，可適性自動化亮度補償可以改善目前超音波影像系統因必須經由人工調整補償曲線而產生調整不便或是變異大的問題，使得超音波影像在診斷過程更有效率。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
100‧‧‧超音波影像
200‧‧‧第一衰減曲線
300‧‧‧全補償影像
400‧‧‧全補償曲線
500‧‧‧補償影像
600‧‧‧第二衰減曲線
700‧‧‧第一衰減平均曲線
800‧‧‧第二衰減平均曲線
900‧‧‧補償曲線
1000‧‧‧較佳補償影像
A‧‧‧主材質區域
B‧‧‧亮度區
C‧‧‧補償點
第一圖與第一A圖係顯示本發明較佳實施例之超音波影像補償方法之方法流程圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之超音波影像之示意圖；第二A圖係顯示本發明較佳實施例之主材質區域之示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線、第二衰減曲線與第三衰減曲線之示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之亮度對照表之示意圖； 第五圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線與第二衰減曲線之對應示意圖；第六圖係顯示本發明較佳實施例之補償影像示意圖；第七圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線與第二衰減曲線之曲線圖；第七A圖係顯示本發明較佳實施例之補償曲線之曲線圖；第八圖係顯示本發明較佳實施例之較佳補償影像示意圖。
由於本發明所提供之超音波影像補償方法中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例來加以具體說明。
請一併參閱第一圖至第八圖，第一圖與第一A圖係顯示本發明較佳實施例之超音波影像補償方法之方法流程圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之超音波影像之示意圖，第二A圖係顯示本發明較佳實施例之主材質區域之示意圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線、第二衰減曲線與第三衰減曲線之示意圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之亮度對照表之示意圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線與第二衰減曲線之對應示意圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線與第二衰減曲線之對應示意圖，第六圖係顯示本發明較佳實施例之補償影像示意圖，第七圖係 顯示本發明較佳實施例之第一衰減曲線與第二衰減曲線之曲線圖，第七A圖係顯示本發明較佳實施例之補償曲線之曲線圖，第八圖係顯示本發明較佳實施例之較佳補償影像示意圖。
如圖所示，本發明較佳實施例所提供之超音波影像補償方法中，其可應用於任何待測物之影像，如人體之器官與血流等，而超音波影像補償方法之步驟如下：步驟S101：接收一超音波影像，超音波影像包含有複數個第一像素亮度值；步驟S102：標定出超音波影像之複數個主材質區域，藉以產生一第一衰減曲線；步驟S103：對第一衰減曲線進行一全補償處理，據以產生一全補償影像，全補償影像包含有複數個第二像素亮度值；步驟S104：依據該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值產生一亮度對照表，該亮度對照表具有複數個亮度區，該些亮度區對應有相異之複數個亮度補償值；步驟S105：依據該些亮度補償值，對超音波影像與全補償影像進行一線性加總分析，藉以產生一補償影像，補償影像具有一第二衰減曲線；步驟S106：依據第一衰減曲線與第二衰減曲線產生一補償曲線；步驟S107：擷取補償曲線所具有之一深度、一第一亮度提升值與一第二亮度提升值；以及 步驟S108：利用深度、第一亮度提升值與第二亮度提升值對補償影像進行一空間對比分析，藉以產生一較佳補償影像。
在步驟開始後，隨即執行步驟S101接收一超音波影像，超音波影像包含有複數個第一像素亮度值。其中，在此步驟中，其係接收如第二圖所示超音波影像100之原始超音波影像，此原始影像即為初始對如人體器官之組織照射超音波而接收其回波之影像，且此超音波影像是由複數個第一像素(圖未標示)所組成，而該些第一像素是對應有複數個第一像素亮度值。
在執行完步驟S101後，隨即執行步驟S102標定出超音波影像之複數個主材質區域，藉以產生一第一衰減曲線。具體而言，在此步驟中，如第二圖與第二A圖所示，係先把主要材質的區域先標定出來，以產生複數個主材質區域A，而該些主材質區域A即判定為主要組織的部分，再依這些區域往下(深度)長出有效的判定區域，判定的標準就是能量分布範圍與平均，縱向相似的部分及判定為同組織，理論上遇到亮度突增減時，則判定為不同組織，始停止往下連結主材質區域A，但如判定為同樣的則繼續往下連結主材質區域A。其中，在標出該些主材質區域A之後，即以主材質區域A作深度方向的衰減曲線，進而產生如第三圖所示之第一衰減曲線300。
在執行完步驟S102後，隨即執行步驟S103對第一衰減曲線進行一全補償處理，據以產生一全補償影像，全補 償影像包含有複數個第二像素亮度值。具體而言，在此步驟中，係對第一衰減曲線200進行全補償處理(為現有技術，不再贅述)而使其達到同樣之亮度，在進行全補償處理後，係產生一如第四圖所示之全補償影像300，而同樣地，全補償影像300包含有複數個第二像素(圖未標示)，且該些第二像素是對應有複數個第二像素亮度值，進而產生如第三圖所示之全補償曲線400。
在執行完步驟S103後，隨即執行步驟S104依據該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值產生一亮度對照表，該亮度對照表具有複數個亮度區，該些亮度區對應有相異之複數個亮度補償值。其中，由於超音波影像100之信噪比(Signal to Noise Ratio；SNR)較大(影像品質較好)，全補償影像300由於亮度提升關係信噪比下降(影像品質變差)，但影像深淺處亮度較為平均，因此，為了增加補償的準確性，在補償前係先執行此步驟，主要係將超音波影像100所包含之該些第一像素亮度值與全補償影像300所包含之該些第二像素亮度值製成如第五圖所示之亮度對照表，此亮度對照表係為對數尺度表，其橫軸係為對第一像素亮度值取對數值之補償前亮度對數值，而縱軸係為對對第二像素亮度值取對數值之補償後亮度對數值。
此外，亮度對照表係劃分有複數個亮度區B，而此亮度區B的分類可由演算法根據不同的亮度範圍進行自動分區，另外，每個亮度區B對應有相異的亮度補償值，且在本發明較佳實施例中，亮度補償值係定義為α，且 亮度補償值α係介於0至1之間，而亮度補償值α大接近高影像品質，亮度補償值α小接近影像亮度較為平均。
在執行完步驟S104後，隨即執行步驟S105依據該些亮度補償值，對超音波影像與全補償影像進行一線性加總分析，藉以產生一補償影像，補償影像具有一第二衰減曲線。具體而言，由於實際上在步驟S101所接收的超音波影像100中，其包含的組織可能有多種，每種組織在超音波成像過程中的衰減值差異不小，所以在經過步驟S102標定出主材質區域A(圖中黑色的區域)進行衰減判定之後，事實上在未標定的區域存在著與標定區域不一樣的衰減值，這些未標定區域如果使用標定區域的衰減補償不太合理，而為了使補償後之影像中各組織的亮度變得合理，因此在本發明較佳實施例中，係先執行步驟S104後，再執行步驟S105以降低這些未標定區域使用錯誤的衰減補償所造成的影響。
而在此步驟S105中，係依據每一亮度區B所對應的亮度補償值，對超音波影像100與全補償影像300進行一線性加總分析，藉以產生如第六圖所示之補償影像500，且補償影像500具有如第三圖所示之第二衰減曲線600。進一步而言，在本發明較佳實施例中，係藉由一二維權重遮罩之演算法進行線性加總分析，另外，補償影像500同樣包含有複數個第三像素(圖未標示)，且該些第三像素對應有複數個第三像素亮度值，且由於補償影像是由超音波影像100與全補償影像300進行線 性加總分析所產生，因此第三像素亮度值係與該些第一像素亮度值以及該些第二像素亮度值彼此相對應。
此外，該些第一像素亮度值係定義為P1，該些第二像素亮度值係定義為P2，該些第三像素亮度值係定義為P3，而在本發明較佳實施例中之線性加總分析係使P3=α*P1+(1-α)P2。其中，採用步驟S104以及步驟S105之目的在於亮度補償的同時，會造成信噪比變差，那在步驟S102中之未標定組織有此現象(因為其平均亮度與已標定區域之主材質區域A之組織亮度不同)，因此步驟S104與步驟S105即可有效處理步驟S102與步驟S103漏掉的未標定組織未加入衰減計算的缺點，以此二步驟做補償以減少其未考慮到衰減的影響。
在執行完步驟S105後，隨即執行步驟S106依據第一衰減曲線與第二衰減曲線產生一補償曲線。其中，在此步驟中，第一衰減曲線200與第二衰減曲線600之縱軸由亮度變更為平均值時，係產生如第七圖所示之第一衰減平均曲線700與第二衰減平均曲線800，接著再將此二曲線的平均值差製成如第七A圖所示之補償曲線900。
在執行完步驟S106後，隨即執行步驟S107擷取補償曲線所具有之一深度、一第一亮度提升值與一第二亮度提升值。具體而言，在此步驟中，係選取補償曲線900中之一點，且此擷取點包含有深度、第一亮度提升值以及第二亮度提升值，而在本發明較佳實施例中係以擷取補償點C為例，且深度係定義為d，第一亮度提升值係定義為r1，第二亮度提升值係定義為r2。
此外，進一步來說，當亮度補償值為1時，係沒有補償的情況，也就是第一亮度提升值r1為0，而當亮度補償值不為1時，則代表有包含全補償影像的權數，也就是有亮度提升，此提升的值隨著各深度不同而有所不同，因此本發明較佳實施例以第一亮度提升值r1表示之。而第二亮度提升值r2為整張亮度提升的平均值，如第七圖所示，第一衰減平均曲線700為超音波影像100之各層亮度衰減情況，第二衰減平均曲線800為補償後各層亮度衰減情況，可以觀察到第二衰減平均曲線800在較深的地方有較大的補償(相對於第一衰減平均曲線700)，而由第七A圖之補償曲線900可觀察到隨著深度的提升，補償的情況會有不同的現象，我們選定一個深度值(即補償點C之深度d)，當亮度提升超過這個深度值之後，係對進一步對補償影像500進行對比加強。
也就是說，在執行完步驟S107後，可得知哪些深度的亮度需要進行對比加強，因此可隨即執行步驟S108利用深度、第一亮度提升值與第二亮度提升值對補償影像進行一空間對比分析，藉以產生一較佳補償影像。具體而言，本發明較佳實施例係藉由一二維空間迦瑪濾波器(Adaptive 2D gamma filter)進行空間對比分析，而空間對比分析係利用深度d、第一亮度提昇值r1與第二亮度提升值r2找出一對比提昇值γ，並利用對比提昇值γ產生如第八圖所示之較佳補償影像1000而完成補償。
此外，在此值得一提的是，本發明較佳實施例中，對比提昇值γ=(r1-d)/r2，其物理意義為深度方向的濾波器係 數，執行步驟S107的目的在於經過補償過後之影像中，由於會造成部份亮度提升，而此亮度提升會造成肉眼感覺上對比度的下降，所以此二維空間迦瑪濾波器為在超出平均提升的較深的深度中，做線性的對比提昇值γ讓此在提升較大亮度的同時也加深同深度的對比，而同時也考慮了淺層能夠不要有太大的對比影響，以使產生的較佳補償影像有較佳的判讀性。
綜合以上所述，在採用了本發明所採用之超音波影像補償方法後，由於此方法可自動化補償深度方向之亮度，有效降低因超音波影像隨深度衰減對影像所造成的診斷影響，增加超音波影像在診斷上的可信度。此外，可適性自動化亮度補償可以改善目前超音波影像系統因必須經由人工調整補償曲線而產生調整不便或是變異大的問題，使得超音波影像在診斷過程更有效率，實符合產業利用性。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (6)

  1. 一種超音波影像補償方法，包含以下步驟：(a)接收一超音波影像，該超音波影像係包含有複數個第一像素亮度值；(b)標定出該超音波影像之複數個主材質區域，藉以產生該主材質區域之一第一衰減曲線；(c)依據該主材質區域之該第一衰減曲線，對該第一衰減曲線進行一全補償處理，據以產生一全補償影像，該全補償影像係包含有對應於該些第一像素之複數個第二像素亮度值；(d)依據該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值產生一亮度對照表，該亮度對照表係具有複數個亮度區，該些亮度區係對應有相異之複數個亮度補償值；(e)依據該些亮度區所對應之該些亮度補償值，對該超音波影像與該全補償影像進行一線性加總分析，藉以產生一補償影像，該補償影像係具有一第二衰減曲線；(f)依據該第一衰減曲線與該第二衰減曲線產生一補償曲線；(g)擷取該補償曲線所具有之一深度、一第一亮度提升值與一第二亮度提升值；以及(h)利用該深度、該第一亮度提升值與該第二亮度提升值對該補償影像進行一空間對比分析，藉以產生一較佳補償影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波影像補償方法，其中，該步驟(e)係藉由一二維權重遮罩進行該線性加總分析。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波影像補償方法，其中，該補償影像更包含有對應於該些第一像素亮度值與該些第二像素亮度值之複數個第三像素亮度值，該些亮度補償值係定義為α，該些第一像素亮度值係定義為P1，該些第二像素亮度值係定義為P2，該些第三像素亮度值係定義為P3，該線性加總分析係使P3=α*P1+(1-α)P2。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之超音波影像補償方法，其中，該些亮度補償值α係介於0至1之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之超音波影像補償方法，其中，該步驟(g)係藉由一二維空間迦瑪濾波器(Adaptive 2D gamma filter)進行該空間對比分析。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之超音波影像補償方法，其中，該深度係定義為d，該第一亮度提升值係定義為r1，該第二亮度提升值係定義為r2，該空間對比分析係利用該深度d、該第一亮度提昇值r1與該第二亮度提升值r2找出一對比提昇值γ，並利用該對比提昇值γ產生該較佳補償影像，而該對比提昇值γ=(r1-d)/r2。
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