【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及層析成像、三維重建與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體為一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、層析成像技術(shù)與三維重建技術(shù)是一種利用多角度掃描獲取物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的影像技術(shù)，旨在解決乳腺超聲圖像中傳統(tǒng)二維圖像難以全面展現(xiàn)乳腺組織深層結(jié)構(gòu)的問題，通過層析成像技術(shù)與三維重建技術(shù)，從不同角度采集乳腺內(nèi)多層次的信息，重建出三維的乳腺圖像，使得系統(tǒng)能直觀、清晰地重建乳腺內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，層析成像技術(shù)提供了核心的圖像采集與重建手段，能夠大幅提高乳腺內(nèi)部影像的分辨率和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的病變識(shí)別和精準(zhǔn)治療提供了更可靠的基礎(chǔ)。
2、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種結(jié)合了模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能算法，旨在解決傳統(tǒng)算法在處理乳腺病變檢測(cè)時(shí)的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性不足的問題，由于乳腺超聲圖像中的病變區(qū)域在大小、形狀和密度上存在較大差異，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過模糊化處理不同病變特征，以更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)并提高病變檢測(cè)的魯棒性和靈敏度，使得系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別病變組織，實(shí)現(xiàn)對(duì)病變類型的精確判斷，減少醫(yī)生的主觀影響，從而提高診斷的準(zhǔn)確性和一致性。
3、而現(xiàn)有的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)難以展示乳腺深層的立體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致病灶的漏檢和誤判，同時(shí)，缺乏三維重建功能使得乳腺組織的立體化觀察和分析受到限制，而在病變檢測(cè)方面，傳統(tǒng)系統(tǒng)難以準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)復(fù)雜的乳腺組織差異，往往對(duì)病變檢測(cè)的敏感性較低，容易受到噪聲干擾，導(dǎo)致誤診和漏診的風(fēng)險(xiǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于乳腺超聲圖
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，包括超聲數(shù)據(jù)采集單元、乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊、三維重建模塊、病變檢測(cè)與分類模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊、報(bào)告生成與顯示交互模塊，其特征在于：所述超聲數(shù)據(jù)采集單元用于收集乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)，確保獲取高質(zhì)量的原始圖像信息，為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)，所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊用于對(duì)采集到的超聲圖像進(jìn)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，確保圖像清晰度和質(zhì)量，保證后續(xù)病變檢測(cè)的準(zhǔn)確性，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元與三維建模單元，所述圖像配準(zhǔn)單元用于將不同視角和時(shí)間點(diǎn)獲取的超聲圖像進(jìn)行空間對(duì)齊，確保圖像間具有一致性和可比性，為三維建模提供精確的圖像數(shù)據(jù)，所述三維建模單元提出基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法用于根據(jù)配準(zhǔn)后的二維超聲圖像構(gòu)建三維模型，確保乳腺組織與病變的立體結(jié)構(gòu)能夠被準(zhǔn)確呈現(xiàn)和分析，所述病變檢測(cè)與分類模塊包括特征提取單元與分類識(shí)別單元，所述特征提取單元用于從乳腺超聲圖像中提取關(guān)鍵信息，包括乳腺形態(tài)、紋理和邊界特征，確保為分類提供豐富的局部和全局特征數(shù)據(jù)，所述分類識(shí)別單元提出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳腺病變檢測(cè)算法用于根據(jù)提取的特征對(duì)乳腺病變進(jìn)行分類與識(shí)別，確保系統(tǒng)對(duì)乳腺病變的準(zhǔn)確檢測(cè)和有效區(qū)分，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊用于存儲(chǔ)和管理患者的超聲圖像數(shù)據(jù)和檢測(cè)報(bào)告，確保數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和高效訪問，所述報(bào)告生成與顯示交互模塊用于生成檢測(cè)報(bào)告并提供用戶交互界面，使得用戶能夠?qū)崟r(shí)地查看報(bào)告和圖像，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確傳達(dá)和用戶操作的便捷性。
3、優(yōu)選的，所述超聲數(shù)據(jù)采集單元通過使用超聲探頭和成像設(shè)備獲取乳腺區(qū)域的超聲圖像數(shù)據(jù)，確保收集到的圖像信息準(zhǔn)確、完整，為后續(xù)處理提供原始圖像數(shù)據(jù)。
4、優(yōu)選的，所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊通過執(zhí)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，確保圖像質(zhì)量得到改善，為后續(xù)的三維重建和病變檢測(cè)提供清晰、準(zhǔn)確的乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)。
5、優(yōu)選的，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元，所述圖像配準(zhǔn)單元通過精確的圖像配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)比不同視角下和時(shí)間點(diǎn)獲取的超聲圖像，調(diào)整超聲圖像的位置和角度，確保圖像能夠準(zhǔn)確疊加，為三維建模提供準(zhǔn)備，保證后續(xù)三維模型的準(zhǔn)確性和一致性。
6、優(yōu)選的，所述三維重建模塊包括三維建模單元，所述三維建模單元提出基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法通過整合配準(zhǔn)后的二維圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建出乳腺組織的三維模型，確保三維模型的精確構(gòu)建和高效渲染，使得系統(tǒng)能夠?qū)θ橄俨∽儏^(qū)域進(jìn)行立體展示和精確定位。
7、具體的，所述基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法具體如下：首先，通過層析成像技術(shù)從多個(gè)角度獲取乳腺超聲圖像信息，重建物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，以獲得給定聲源、頻率和復(fù)數(shù)值聲速下的壓場(chǎng)信息，具體公式表示為：
8、
9、其中，u表示為壓場(chǎng)，l表示為拉普拉斯算子，c表示為復(fù)數(shù)值聲速，δ(ω)表示為聲源項(xiàng)，ω表示為角頻率，具體公式表示為：
10、ω＝2πf
11、其中，f表示為頻率，通過模擬超聲波在三維空間中的傳播，為后續(xù)的聲速分布重建打下基礎(chǔ)，然后，采用有限差分方法將空間和時(shí)間劃分為小的、有限的間隔，然后在這些間隔上求解導(dǎo)數(shù)，通過將連續(xù)的偏微分方程離散化為一組能夠求解的代數(shù)方程來進(jìn)行求解，模擬波在三維空間中的傳播，并通過計(jì)算在給定聲源和介質(zhì)屬性下的壓力分布得到在對(duì)應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)處的聲源項(xiàng)，具體公式表示為：
12、
13、其中，δ(ω)i,j,k表示為在網(wǎng)格點(diǎn)(i、j、k)處的聲源項(xiàng)，ui,j,k在網(wǎng)格點(diǎn)(i、j、k)處的壓場(chǎng)值，δx2、δy2、δz2分別表示為沿x、y、z方向的空間步長(zhǎng)，x、y、z分別表示為水平方向乳腺超聲信息、垂直方向乳腺超聲信息以及深度方向乳腺超聲信息，i、j、k分別表示為沿水平方向、垂直方向、以及深度方向的方向索引，用于訪問和計(jì)算三維空間網(wǎng)格中每個(gè)點(diǎn)的值，每個(gè)索引代表一個(gè)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格點(diǎn)，共同定義了三維空間中的位置，其次，在獲得初始?jí)簣?chǎng)后，定義一個(gè)代價(jià)函數(shù)e來衡量模擬波場(chǎng)與觀測(cè)波場(chǎng)之間的差異，并迭代更新聲速c以最小化代價(jià)函數(shù)，代價(jià)函數(shù)具體公式為：
14、
15、其中，e(ω,c)表示為代價(jià)函數(shù)，e表示為殘差，h表示為共軛運(yùn)算，e(ω,c)的具體計(jì)算公式表示為：
16、e(ω,c)＝uobs(ω,c)-dobs(ω,ctrue)
17、其中，uobs表示為模擬波場(chǎng)，dobs表示為觀測(cè)波場(chǎng)，ctrue表示為真實(shí)聲速，聲速的迭代更新公式表示為：
18、
19、其中，c(p+1)表示為第p+1次迭代的聲速，c(p)表示為第p次迭代的聲速，α表示為迭代更新步長(zhǎng)，表示為代價(jià)函數(shù)的梯度，通過迭代更新聲速，能夠得到最優(yōu)聲速分布，從而實(shí)現(xiàn)乳腺組織的三維建模，其次，在迭代更新聲速并得到最優(yōu)聲速分布后，進(jìn)行乳腺超聲圖像的三維重建，以獲得乳腺組織的三維聲速圖，利用優(yōu)化后的聲速模型進(jìn)行三維波場(chǎng)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲數(shù)據(jù)采集單元、乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊、三維重建模塊、病變檢測(cè)與分類模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊、報(bào)告生成與顯示交互模塊；其中，所述超聲數(shù)據(jù)采集單元用于收集乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)，獲取高質(zhì)量的原始圖像信息，為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)，所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊用于對(duì)采集到的超聲圖像進(jìn)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，圖像清晰度和質(zhì)量，保證后續(xù)病變檢測(cè)的準(zhǔn)確性，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元與三維建模單元，所述圖像配準(zhǔn)單元用于將不同視角和時(shí)間點(diǎn)獲取的超聲圖像進(jìn)行空間對(duì)齊，圖像間具有一致性和可比性，為三維建模提供精確的圖像數(shù)據(jù)，所述三維建模單元提出基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法用于根據(jù)配準(zhǔn)后的二維超聲圖像構(gòu)建三維模型，乳腺組織與病變的立體結(jié)構(gòu)能夠被準(zhǔn)確呈現(xiàn)和分析，所述病變檢測(cè)與分類模塊包括特征提取單元與分類識(shí)別單元，所述特征提取單元用于從乳腺超聲圖像中提取關(guān)鍵信息，包括乳腺形態(tài)、紋理和邊界特征，為分類提供豐富的局部和全局特征數(shù)據(jù)，所述分類識(shí)別單元提出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳腺病變檢測(cè)算法用于根據(jù)提取的特征對(duì)乳腺
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲數(shù)據(jù)采集單元通過使用超聲探頭和成像設(shè)備獲取乳腺區(qū)域的超聲圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊通過執(zhí)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，圖像質(zhì)量得到改善，為后續(xù)的三維重建和病變檢測(cè)提供清晰、準(zhǔn)確的乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元與三維建模單元，所述圖像配準(zhǔn)單元通過精確的圖像配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)比不同視角下和時(shí)間點(diǎn)獲取的超聲圖像，調(diào)整超聲圖像的位置和角度，圖像準(zhǔn)確疊加，為三維建模提供準(zhǔn)備，保證后續(xù)三維模型的準(zhǔn)確性和一致性；所述三維建模單元提出基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法通過整合配準(zhǔn)后的二維圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建出乳腺組織的三維模型，三維模型的精確構(gòu)建和高效渲染，使得系統(tǒng)能夠?qū)θ橄俨∽儏^(qū)域進(jìn)行立體展示和精確定位。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：首先，通過層析成像技術(shù)從多個(gè)角度獲取乳腺超聲圖像信息，重建物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，以獲得給定聲源、頻率和復(fù)數(shù)值聲速下的壓場(chǎng)信息，具體公式表示為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述病變檢測(cè)與分類模塊包括特征提取單元與分類識(shí)別單元，所述特征提取單元通過分析超聲圖像中的形狀、紋理和信號(hào)分布的屬性，提取出有助于病變識(shí)別的關(guān)鍵特征，為后續(xù)的乳腺病變的分類與識(shí)別提供充分的決策信息，所述分類識(shí)別單元提出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳腺病變檢測(cè)算法，通過減少超聲圖像中的偽影并提取豐富的局部細(xì)節(jié)特征以及圖像的全局特征信息對(duì)乳腺圖像進(jìn)行病變分類與識(shí)別，系統(tǒng)對(duì)乳腺超聲圖像的準(zhǔn)確識(shí)別和分類。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：首先，對(duì)特征提取單元獲得的乳腺超聲圖像的關(guān)鍵特征進(jìn)行進(jìn)一步提取，用于后續(xù)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，計(jì)算關(guān)鍵特征區(qū)域的共生矩陣，并基于此矩陣提取乳腺超聲圖像關(guān)鍵特征的熵信息、均勻性信息、對(duì)比度信息和最大共生矩陣元素，共生矩陣元素計(jì)算公式表示為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊通過構(gòu)建并維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)來存儲(chǔ)系統(tǒng)采集和處理的超聲圖像數(shù)據(jù)和檢測(cè)結(jié)果，數(shù)據(jù)的完整性、安全性和高效檢索。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述報(bào)告生成與顯示交互模塊通過自動(dòng)化地生成檢測(cè)報(bào)告并提供用戶界面，使得用戶能夠?qū)崟r(shí)地查看和分析檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)信息的準(zhǔn)確傳達(dá)和用戶操作的便捷性。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲數(shù)據(jù)采集單元、乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊、三維重建模塊、病變檢測(cè)與分類模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊、報(bào)告生成與顯示交互模塊；其中，所述超聲數(shù)據(jù)采集單元用于收集乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)，獲取高質(zhì)量的原始圖像信息，為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)，所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊用于對(duì)采集到的超聲圖像進(jìn)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，圖像清晰度和質(zhì)量，保證后續(xù)病變檢測(cè)的準(zhǔn)確性，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元與三維建模單元，所述圖像配準(zhǔn)單元用于將不同視角和時(shí)間點(diǎn)獲取的超聲圖像進(jìn)行空間對(duì)齊，圖像間具有一致性和可比性，為三維建模提供精確的圖像數(shù)據(jù)，所述三維建模單元提出基于層析成像的乳腺超聲圖像三維建模算法用于根據(jù)配準(zhǔn)后的二維超聲圖像構(gòu)建三維模型，乳腺組織與病變的立體結(jié)構(gòu)能夠被準(zhǔn)確呈現(xiàn)和分析，所述病變檢測(cè)與分類模塊包括特征提取單元與分類識(shí)別單元，所述特征提取單元用于從乳腺超聲圖像中提取關(guān)鍵信息，包括乳腺形態(tài)、紋理和邊界特征，為分類提供豐富的局部和全局特征數(shù)據(jù)，所述分類識(shí)別單元提出基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的乳腺病變檢測(cè)算法用于根據(jù)提取的特征對(duì)乳腺病變進(jìn)行分類與識(shí)別，系統(tǒng)對(duì)乳腺病變的準(zhǔn)確檢測(cè)和有效區(qū)分，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊用于存儲(chǔ)和管理患者的超聲圖像數(shù)據(jù)和檢測(cè)報(bào)告，數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和高效訪問，所述報(bào)告生成與顯示交互模塊用于生成檢測(cè)報(bào)告并提供用戶交互界面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲數(shù)據(jù)采集單元通過使用超聲探頭和成像設(shè)備獲取乳腺區(qū)域的超聲圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述乳腺超聲圖像預(yù)處理模塊通過執(zhí)行濾波降噪、增強(qiáng)對(duì)比度以及圖像邊緣保持的預(yù)處理操作，圖像質(zhì)量得到改善，為后續(xù)的三維重建和病變檢測(cè)提供清晰、準(zhǔn)確的乳腺超聲圖像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于乳腺超聲圖像的三維重建和病變檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三維重建模塊包括圖像配準(zhǔn)單元與三維建模單元，所述圖像配準(zhǔn)單元通過精確的圖像配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)比不...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊文靜，宋鵬杰，白龍妹，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河北港口集團(tuán)有限公司秦皇島中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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