[发明专利]基于数值排序加权平均的超声图像空间滤波方法

说明书

技术领域

本发明属于超声诊断成像领域，涉及超声图像处理方法，具体涉及基于数值排序加权平均的超声图像空间滤波方法。

背景技术

超声成像因为其无创性、实时性、操作方便、价格便宜等诸多优势，已经成为临床上应用最为广泛的诊断工具之一。超声成像最主要的两种功能模式分别是黑白（B）模式和彩色（CF）模式，B模式是根据组织不同深度的反射信号强度进行成像，反射信号强度越大则图像灰度值越大，反之则图像灰度值越小；CF模式则是计算由于多普勒效应引起的超声信号频移，通过频移得到血流速度并用不同的颜色（如红、蓝）和深浅表示，从而得到实时的彩色血流图像，通常该彩色血流图象附加在B模式图像上一起显示。

由于超声图像中噪声信号的存在会影响诊断结果，因此对超声信号和图像进行处理时通常采用一些滤波方法抑制噪声，从而改善图像质量。中值滤波和空间平滑滤波是两种经典的滤波方法，常用于超声信号和图像处理的去噪过程，如对B模式下的图像灰度值、CF模式下的血流能量值进行滤波处理。中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，其基本原理是对数字图像或数字信号中一点（当前点）及其邻域中各点的数值进行排序，然后用排序后的中值代替当前点的数值，从而消除孤立的噪声点，中值滤波对脉冲噪声和椒盐噪声具有良好的去噪效果，同时能较好的保护边缘信息；空间平滑滤波则是一种线性滤波器，其基本原理是对数字图像或数字信号中一点（当前点）及其邻域中各点的数值以及对应的权重系数求加权平均，然后用加权平均值代替当前点的数值，从而达到滤除噪声的目的，空间平滑滤波对高斯噪声具有良好的去噪效果。

专利CN 101472055“中值滤波装置和方法以及采用这种装置的超声成像系统”公开了一种中值滤波的方法，其基本原理与传统中值滤波没有区别，都是用滤波区域（窗）中所有像素点的中值作为该区域中心像素点的值，只是其在实现方式上有所改进，可提供区域任意可选（不同大小、不同形状）的中值滤波。专利CN101396278“一种去除实时超声图像斑点噪声的方法”公开了一种滤除超声图像斑点噪声的方法，该方法首先设置滤波区域（窗）中心点的权重系数，然后根据该滤波区域的均值、绝对差值和的均值以及任意一点与中心点的距离计算该点的权重系数，再根据每个点的权重系数对其数据进行扩展（如权重系数为N则将该点的数值扩展为N个），最终对扩展后的数据序列求中值，从而达到滤除斑点噪声的目的，该方法中计算得到的各点的权重系数并不是用于乘以各点的值进行加权平均，而是根据权重系数对各点的数据进行扩展从而形成新的数据序列，最终基于该新的数据序列的中值滤波本质上与传统中值滤波并没有差异。

美国专利US005860930A“Energy weighted parameter spatial/temporal filter”公开了一种用于彩色血流成像的空间滤波方法，该方法与传统空间平滑滤波方法没有本质上的区别，只是每个点的权重系数是根据该点的能量来确定的。美国专利US006135962A“Method and apparatus for adaptive filtering by counting acoustic sample zeroes in ultrasound imaging”公开了一种空间滤波方法，通过对某一点及其邻域各点的0值（预先设置一个接近于0的阈值，小于该阈值的值定义为0值）进行计数，当计数大于预先设置的计数阈值时，则该点无需平滑滤波处理；当计数小于预先设置的计数阈值时，则对该点进行平滑滤波处理。该方法的优点是仅处理非0值区域（如B模式下的组织区域和CF模式下的血流区域），减小计算量，还能较好的保护血管边界。除此之外，其采用的空间平滑滤波方法本质上与传统方法无异，都是根据各点和中心点的位置来确定权重系数，通常是中心点取最高的权重系数，离中心点较近的点取较高的权重系数，离中心点较远的点取较低的权重系数，因此该点本身的值对滤波后的值贡献最大，空间位置上靠近该点的值其次，空间位置上远离该点的值贡献最小。

从上述可知，现有的超声图像中值滤波和空间平滑滤波方法，要么是采用单一的中值滤波，要么是采用单一的空间平滑滤波，还没有一种滤波方法能够将中值滤波和空间平滑滤波相结合，同时获得中值滤波和空间平滑滤波的优点。另外，如果采取两步滤波的方法，即先进行中值滤波再进行空间平滑滤波或先进行空间平滑滤波再进行中值滤波，则会因为平滑过度而降低图像的分辨率，造成图像模糊。

发明内容