一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度(NT)的視頻圖像處理方法及系統，該方法實現過程為：輸入待測超聲視頻，獲取比例換算參數；視頻圖像檢測，獲得NT區域的候選位置，對具有NT區域的視頻幀進行標記；對于所有標記的視頻幀圖像進行正中矢切面檢測，獲得具備正中矢切面特征的視頻幀，結合NT區域具有雙平行線結構特點，通過設定檢測方法獲得NT值。本發明專利技術方法可自動從視頻圖像中獲得胎兒正中矢狀切面圖像及NT值，可有效解決現有NT檢測中手動尋找正中矢狀切面難度較大及手動操作帶來檢測誤差的技術難題。

A video image processing method and system for measuring the thickness of fetal neck back transparency from ultrasound video image

【技術實現步驟摘要】
一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法及系統
本專利技術屬于數字圖像的目標識別及測量領域，涉及對產科超聲圖像的自動化分析與圖像目標測量技術，尤其涉及一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法及系統。
技術介紹
目前，先天畸形種類多、發病率高，是醫學難題之一，其既嚴重影響人口素質，又給社會帶來沉重負擔，而產前診斷是先天畸形二級干預措施，在降低先天畸形發生方面發揮重要作用。而提高對先天畸形的產前診斷技術，可以直接降低先天畸形的發生率。產科超聲圖像分析是評價胎兒宮內生長發育的重要手段，具有無損、價廉、實時的優點，在醫學影像技術中處于重要地位。產科超聲圖像分析中，通過超聲成像測量胎兒頸背透明物厚度(nuchaltranslucency，NT)是衡量胎兒宮內生長發育的重要指標之一。NT是指胎兒頸部的透明液體。NT僅僅在胎兒11周～13周+6才會存在，14周開始，正常情況下NT逐漸被淋巴系統吸收。在11周～13周+6期間，NT越厚的胎兒，出生后患有染色體問題和心臟等問題的概率就越高。目前產科超聲圖像胎兒頸背透明物厚度測量的準確性尚不盡人意，一方面是超聲成像硬件的物理特性導致超聲圖像的信噪比較低，增加醫生人工診斷難度，診斷過程中費時費力，手動尋找胎兒頭部正中矢狀切面較為困難；另一方面是，手動測量NT帶來隨機誤差和操作者自身的視覺誤差。隨著計算機技術的發展，醫學視頻圖像的處理技術逐漸得到了廣泛的應用，將視頻圖像處理技術應用于超聲視頻圖像處理以提高NT檢測準確性是具有可行性的發展方向。視頻圖像處理技術可以通過檢測頸背透明物的目標線特征(NT區域在超聲圖像上表現局部的高亮平行線段)確定NT區域進而測得頸背透明物厚度。NT區域在超聲圖像上表現有局部的高亮平行線段，而超聲圖像的特點會有很多相似的區域，直接使用常用的目標檢測方法，導致NT區域以及頸背透明物厚度檢測錯誤較多。隨著醫療診斷對胎兒頸背透明物厚度測量準確性的要求不斷提高，以及自動化的目標檢測和分析測量方法對醫療領域變革的不斷深入，有必要研究一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法或處理系統，從數字圖像處理和計算機視覺的角度提供一套自動化的超聲視頻圖像分析的輔助工具。
技術實現思路
為了克服上述問題，本專利技術人進行了銳意研究，提出一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法及系統。該方法運用時間中值濾波的方法獲得視頻圖像的背景圖像，將當前圖像與背景圖像做差分來找到圖像中變化的區域。采用AdaBoost方法選擇出少量但關鍵的haar-like特征來組合成強分類器，再使用級聯的策略組合成最終的分類器。利用預先訓練好的分類器對NT候選區域進行檢測，檢測出NT所在區域。將變化的區域和分類器檢測出的NT所在區域進行比較，兩者相近的區域為置信度較高的NT區域。同時，由于視頻中所含圖像幀較多，本專利技術采用通過對NT區域過去軌跡的分析來預測未來的運動軌跡的方法，把預測的位置和檢測出來的位置結合起來對NT區域進行跟蹤和檢測，這樣可實現不需要對視頻的每幀圖像進行識別，保證了檢測的實時性。通過對胎兒頭部鼻尖區域的定位及探測，進一步選出包含NT區域且符合要求的正中矢狀切面圖，利用該正中矢狀切面圖，結合NT圖像雙平行線結構檢測算法計算出NT值，從而完成本專利技術。本專利技術中檢測方法新穎獨特，且在算法的基礎上結合醫學圖像先驗信息，有效提高了NT值準確性，而自動獲取NT區域的方法，進一步提高了本專利技術方法的準確性，降低了人力檢測帶來的誤差及勞動成本。本專利技術的目的在于提供以下技術方案：(1)一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法，該方法包括以下步驟：步驟1)，輸入待測超聲視頻，獲取超聲視頻圖像的比例換算參數；步驟2)，視頻圖像檢測，獲得NT區域的候選位置，對具有NT區域的視頻幀進行標記；步驟3)，對于所有標記的視頻幀圖像進行正中矢切面檢測，獲得具備正中矢切面特征的視頻幀，結合NT區域具有雙平行線結構特點，通過設定檢測方法獲得NT值。(2)一種用于實施上述(1)所述的從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法的系統，該系統包括：視頻輸入模塊，用于輸入超聲視頻，獲取超聲視頻圖像的比例換算參數；視頻圖像變化檢測模塊，用于建立背景圖像模型，將當前處理的視頻圖像與背景圖像做差分，找到圖像中變化的區域，即NT區域的候選位置；AdaBoost訓練模塊，利用AdaBoost方法訓練出NT區域分類器；AdaBoost檢測模塊，基于與視頻圖像變化檢測模塊處理的相同的視頻圖像，利用分類器進行NT區域檢測，獲得符合NT區域特點的NT區域的候選位置；對視頻圖像變化檢測模塊檢測到的NT區域的候選位置與分類器檢測到的NT區域的候選位置進行比對和檢驗，獲得高置信度NT區域位置；NT區域追蹤模塊，采用通過對高置信度NT區域過去軌跡的分析來預測未來的運動軌跡方法，把預測的位置和檢測出來的位置結合起來對高置信度NT區域進行跟蹤和檢測，確定最終NT區域位置，對所有具有NT區域的視頻幀進行標記；正中矢狀切面檢測模塊，對所有標記的視頻幀圖像進行胎兒頭骨鼻尖位置的檢測，判定圖像是否符合正中矢狀切面標準，舍棄不符合標準的視頻幀；數據記錄模塊，用于記錄背景模型、NT區域分類器、NT候選區域位置、NT區域位置結果等系統運行過程中所產生的中間結果；NT測定模塊，用于結合NT區域具有雙平行線結構特點，通過設定檢測算法獲得NT最大距離長度，即為胎兒頸背透明物厚度。根據本專利技術提供的一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度的視頻圖像處理方法及系統，具有以下有益效果：(1)本專利技術結合背景差分法和AdaBoost訓練器模型進行NT區域檢測，通過特定標準確定高置信度NT區域位置，結合后續高置信度NT區域位置的運動軌跡的合理性，可高效準確獲得最終的NT區域位置；(2)本專利技術結合視頻中連續幀之間相同目標的位置前后聯系的特點，采用通過對NT區域過去軌跡的分析來預測未來的運動軌跡方法，把預測的位置和檢測出來的位置結合起來對NT區域進行跟蹤和檢測，提高NT區域的檢測效率；(3)本專利技術中，結合超聲圖像上NT結構邊緣亮度高、中間區域亮度低的特點，以NT結構邊緣上像素點為起點，以灰度梯度下降方向為距離追蹤方向，獲得雙平行線結構距離長度，并以最大距離長度為NT值；該測定NT值的方式新穎，結合醫學超聲圖像特點，科學有效的檢測到NT值；(4)本專利技術結合超聲圖像中NT結構為近似雙平行線的特點，確定驗證規則，對獲得的距離數據的合理性進行篩查，有效保證了檢測準確性。附圖說明圖1示出本專利技術一種優選實施方式中從超聲圖像上測量胎兒頸背透明物厚度的圖像處理方法的流程圖；圖2示出本專利技術一種優選實施方式中對一張超聲波圖像進行區域劃分示例圖；圖3示出原始含有NT的超聲波圖像、本專利技術處理方法對一張超聲波圖像鼻尖區域檢測的示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度(NT)的視頻圖像處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：/n步驟1)，輸入待測超聲視頻，獲取超聲視頻圖像的比例換算參數；/n步驟2)，視頻圖像檢測，獲得NT區域的候選位置，對具有NT區域的視頻幀進行標記；/n步驟3)，對于所有標記的視頻幀圖像進行正中矢切面檢測，獲得具備正中矢切面特征的視頻幀，結合NT區域具有雙平行線結構特點，通過設定檢測方法獲得NT值。/n

【技術特征摘要】
1.一種從超聲視頻圖像中測量胎兒頸背透明物厚度(NT)的視頻圖像處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
步驟1)，輸入待測超聲視頻，獲取超聲視頻圖像的比例換算參數；
步驟2)，視頻圖像檢測，獲得NT區域的候選位置，對具有NT區域的視頻幀進行標記；
步驟3)，對于所有標記的視頻幀圖像進行正中矢切面檢測，獲得具備正中矢切面特征的視頻幀，結合NT區域具有雙平行線結構特點，通過設定檢測方法獲得NT值。


2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中，比例換算參數可以通過從醫學超聲儀器面板中直接讀取，或者通過以下子步驟實施：
子步驟1.1)，對輸入的超聲圖像進行劃分，獲得刻度尺區域、圖像區域和圖像放大率區域；
子步驟1.2)，獲取圖像刻度尺和圖像放大率，結合刻度尺及放大率求得圖像的比例轉換參數；
優選地，子步驟1.2)包括以下子步驟：
子步驟1.2.1)，對刻度尺區域進行圖像截取，對截取的圖像進行二值化操作，獲得任意相鄰兩刻度點之間的像素距離，或者取多個上述像素距離的平均值δ；
子步驟1.2.2)，截取圖像放大率區域，利用光學字符識別技術由圖像放大率區域獲得圖像放大率f；
子步驟1.2.3)，結合刻度尺及放大率信息，可求得圖像的比例換算參數r，r＝f*C/δ，其中C為刻度尺任意兩相鄰刻度點之間的像素距離代表的實際物理尺寸。


3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)包括以下子步驟：
子步驟2.1)，視頻圖像變化檢測，通過確定變化區域獲得NT區域的候選位置；
子步驟2.2)，利用AdaBoost方法訓練NT區域分類器，利用分類器找出符合NT區域特點的NT區域的候選位置；
子步驟2.3)，對步驟子2.1)和步驟子2.2)中的候選位置進行比對和檢驗，獲得高置信度NT區域的位置。


4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟子2.1)中，采用背景差分法獲得NT區域的候選位置；
優選地，子步驟2.1)包括以下子步驟：
子步驟2.1.1)，首先從視頻中提取n幅圖像，運用時間中值濾波的方法獲得提取圖像的背景圖像；其中，n的取值介于10至50之間；
子步驟2.1.2)，將當前提取的圖像與背景圖像做差分來找到圖像中變化或運動的區域；
子步驟2.1.3)，對變化的區域進行后續處理，即去除區域面積小于20個像素的變化區域，找到圖像中區域面積大于20個像素且小于120個像素的連通區域并進行標記，即為NT區域的候選位置。


5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，子步驟2.3)中，對子步驟2.1)和子步驟2.2)中的候選位置進行比對和檢驗，用以獲得高置信度NT區域位置的標準為：
(i)背景差分法獲得的NT區...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭末晶，丁紅，陳良旭，劉建平，張新玲，張永，鄭樂，王博源，
申請(專利權)人：珠海艾博羅生物技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44