肛提肌轴平面图像处理方法及装置与流程

本发明涉及医学超声波成像技术领域，特别是涉及一种肛提肌轴平面图像处理方法及装置。

背景技术：

肛提肌由耻骨内脏肌、耻骨直肠肌、髂尾肌组成，是支撑盆腔脏器最主要的盆底肌。两侧的肛提肌与耻骨联合下缘共同围成肛提肌裂孔，内有尿道、阴道、直肠通过，如果肛提肌有损伤，将影响盆腔器官的支撑，导致脱垂等。肛提肌的轴平面可以很好的显示肛提肌裂孔和周围肌群，评估肛提肌的损伤。

在盆底超声显像中，3D/4D超声的最大优势是能够显示肛提肌轴平面，在静息/收缩/Valsalva动作下可以方便的观察肛提肌的完整性及动态变化过程。实际处理过程中，由于医生手法的差异，盆底正中矢状面的准确性难以保证，又由于对三维空间缺乏理解，在单独的容积数据中，很难定位耻骨联合后下缘位置以调整取样框位置和大小。因此，大部分医生在3D下难以高效的获得肛提肌轴平面图像，降低了诊断准确度和效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种肛提肌轴平面图像处理方法及装置，目的快速、准确地获取肛提肌轴平面图像。

为解决上述技术问题，本发明提供一种肛提肌轴平面图像处理方法，包括：

获取盆底的三维容积数据；

根据所述三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；

获取所述耻骨联合下缘与所述直肠肛管连接部的连接线，并调整所述连接线使得所述连接线呈水平方向；

根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。

可选地，所述识别出耻骨联合下缘的步骤包括：

从所述盆底正中矢状面图像中检测出膀胱区域；

从所述膀胱区域中分割出椭圆形高回声区域；

以椭圆模型近似逼近所述椭圆形高回声区域，确定所述耻骨联合的边缘；

确定所述耻骨联合的中轴线，将所述中轴线与所述耻骨联合下边缘的交点作为所述耻骨联合下缘。

可选地，所述以椭圆模型近似逼近所述椭圆形高回声区域，确定所述耻骨联合的边缘的步骤包括：

对椭圆高回声区域的图像进行二值化处理，获取二值化处理后的图像；

根据二值化处理后的图像，计算椭圆参数，其中所述椭圆参数包括椭圆的长轴的两个端点、椭圆的短轴和椭圆的中心点；

根据所述椭圆参数计算得到椭圆，将所述椭圆作为所述耻骨联合的边缘。

可选地，所述识别出直肠肛管连接部的步骤包括：

从所述盆底正中矢状面图像中分割出带状低回声区域；

从所述带状低回声区域中检测出肛提肌群所在的高回声区域；

确定所述带状低回声区域与所述肛提肌群区域的边界曲线；

获取所述边界曲线的拐点，并将所述拐点作为所述直肠肛管连接部。

可选地，所述确定所述带状低回声区域与所述肛提肌群区域的边界曲线的步骤包括：

获取所述带状低回声区域与所述肛提肌群区域的边界像素点；

对所述边界像素点进行曲线拟合，将获取到的光滑边界曲线作为所述边界曲线。

可选地，所述获取所述耻骨联合下缘与所述直肠肛管连接部的连接线，并调整所述连接线使得所述连接线呈水平方向的步骤包括：

计算所述连接线与水平线之间的夹角；

将所述夹角作为所述盆底正中矢状面的旋转角，将所述盆底正中矢状面按照所述旋转角绕Z轴进行旋转，使得所述连接线呈水平方向。

可选地，所述根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像的步骤包括：

将所述取样框的取样线调整至与所述水平方向的连接线重合；

调整所述取样框的大小，获取所述肛提肌轴平面图像。

可选地，还包括：

显示所述肛提肌轴平面图像。

本发明还提供了一种肛提肌轴平面图像处理装置，包括：

数据获取模块，用于获取盆底的三维容积数据；

识别模块，用于根据所述三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；

连接线获取模块，用于获取所述耻骨联合下缘与所述直肠肛管连接部的连接线，并调整所述连接线使得所述连接线呈水平方向；

肛提肌轴平面图像获取模块，用于根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。

可选地，还包括：

显示模块，用于显示所述肛提肌轴平面图像。

本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法及装置，通过获取盆底的三维容积数据；根据三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；获取耻骨联合下缘与直肠肛管连接部的连接线，并调整连接线使得连接线呈水平方向；根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法及装置，能够自动识别出耻骨联合与直肠肛管连接部，从而快速而准确地调节取样框获取肛提肌区域图像，提高了图像处理的准确度和效率。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的肛提肌轴平面图像处理方法的流程图；

图2为盆底正中矢状面的示意图；

图3为耻骨联合与直肠肛管连接部的连线示意图；

图4为取样框调整前图像和取样框大小和位置变化示意图；

图5为取样框调整后图像和取样框大小和位置变化示意图；

图6为本发明一个实施例中识别出耻骨联合下缘的过程示意图；

图7为耻骨联合的中轴线示意图；

图8为本发明一个实施例中确定耻骨联合的边缘的过程示意图；

图9为图像分区分析示意图；

图10为本发明一个实施例中识别出直肠肛管连接部的过程示意图；

图11为本发明一个实施例中确定带状低回声区域和肛提肌群区域的边界曲线的过程示意图；

图12为一个实施例的拐点示意图；

图13为一个实施例的肛提肌轴平面示意图；

图14为本发明一个实施例的肛提肌轴平面图像处理装置的结构框图；

图15为本发明另一个实施例的肛提肌轴平面图像处理装置的结构框图

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法的一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法包括：

步骤S101：获取盆底的三维容积数据；

盆底正中矢状面包括耻骨联合、尿道、膀胱、阴道、子宫、直肠壶腹、肛管、直肠、直肠肛管连接部等，如图2盆底正中矢状面的示意图所示。为使容积数据能够包括整个肛提肌裂孔，清晰显示耻骨联合的前后界以及直肠肛管连接处后方的耻骨内脏肌(包括耻骨直肠肌和耻骨尾骨肌,统属于肛提肌)，应设置探头的摆动角度为探头所支持的最大角度。将腔内容积探头置于阴道内，采用盆底正中矢状面为初始平面。启动三维或四维功能进行扫查，分别在静息、收缩和Valsalva动作时采集三维容积数据。

需要指出的是，正中矢状面图像的方向大多是按照经阴道超声的方向来定位——腹侧位于左边而背侧位于右边，往上方为头侧。在应用时，头侧也可以在下方，视医生喜好而定。本申请实施例采用图2所示方向进行描述，但不限制其他方向。

步骤S102：根据三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部。

耻骨联合是盆腔的重要指示区域，呈椭圆状。耻骨联合中轴线不受探头位置和运动的影响，耻骨联合中轴线与人体水平线成45°角。在超声影像上，当膀胱适度充盈时，可以显示耻骨联合全貌(成椭圆形高回声)。本发明实施例中，耻骨联合下缘是耻骨联合中轴线与所提取的耻骨联合所在的椭圆区域的边缘的交点。

需要说明的是，识别耻骨联合下缘和识别直肠肛管连接部两个过程可以同时进行，也可以先后执行，这里没有先后执行顺序的限定。

步骤S103：获取耻骨联合下缘与直肠肛管连接部的连接线，并调整该连接线使得该连接线呈水平方向。

将上述步骤S102获取的耻骨联合下缘和直肠肛管连接部连接，获取耻骨联合下缘和直肠肛管连接部的连接线，耻骨联合与直肠肛管连接部的连接线示意图如图3所示。通常情况下耻骨联合下缘和直肠肛管连接部的连接线与水平线之间有一定夹角，将盆底正中矢状面图像按照该夹角绕Z轴旋转，使得耻骨联合下缘和直肠肛管连接部的连接线呈水平方向。

步骤S104：根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。

将取样框的取样线调整至与水平方向的连接线重合，并将取样框的高度调整为预设高度，获取肛提肌轴平面图像。

由于正常肛提肌厚度为8mm左右，所以一般可设置取样框高度为2cm。取样框调整前后，图像和区域框大小和位置变化如图4和图5所示。

本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法，通过获取盆底的三维容积数据；根据三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；获取耻骨联合下缘与直肠肛管连接部的连接线，并调整连接线使得连接线呈水平方向；根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法，能够根据图像检测自动识别出耻骨联合与直肠肛管连接部，从而快速而准确地调节取样框获取肛提肌区域图像，提高了图像处理的准确度和效率。

在实施例一的基础上，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理方法中，如图6所示，步骤S102识别出耻骨联合下缘的步骤具体为：

步骤S201：从盆底正中矢状面图像中检测出膀胱区域。

通常情况下，在超声影像中，膀胱的声影为低回声，形状为三角形。在本实施例中，通过阈值分割算法获取膀胱区域，另外还可以通过其他算法分割出膀胱区域，这里不再赘述。

步骤S202：从膀胱区域中分割出椭圆形高回声区域。

在超声影像上，耻骨联合通常为椭圆形的高回声声影。在本实施例中，通过阈值分割法获取高回声区域。另外还可以通过其他算法分割出椭圆形高回声区域，这里不再赘述。

步骤S203：以椭圆模型近似逼近椭圆形高回声区域，确定耻骨联合的边缘。

步骤S204：确定耻骨联合的中轴线，将中轴线与耻骨联合下边缘的交点作为耻骨联合下缘。

椭圆的长轴位置即为耻骨联合中轴线所在的位置，如图7耻骨联合的中轴线示意图所示。声像图上，耻骨联合中轴线与耻骨联合下缘的水平轴线呈45°。利用该特性，在获得中轴线的基础上，容易获得与中轴线呈45°且过椭圆的下缘的线，可用于其他测量过程。

本实施例中由于耻骨联合位于正中矢状面图像的左侧，所以可将正中矢状面图像左右对称划开，单独对左半部分图像进行分析，如图9图像分区分析示意图所示。这样能够减少检测过程的工作量，进一步提高图像处理效率。

在一个实施例中，如图8所示，以椭圆模型近似逼近椭圆形高回声区域，确定耻骨联合的边缘的步骤包括：

步骤S223，对椭圆形高回声区域的图像进行二值化处理，获取二值化处理后的图像。

在本实施例中，将大于预定阈值的灰度值赋值为255，低于预设阈值的灰度值赋值为0，将灰度值为255的点坐标记录下来。

步骤S243，根据二值化处理后的图像，计算椭圆参数，其中椭圆参数包括椭圆的长轴的两个端点、椭圆的短轴和椭圆的中心点。

假定有N个坐标点(x₀，y₀)、(x₁，y₁)…(x_N-1，y_N-1)，遍历所有坐标点。求取每个坐标点与其他坐标点的距离为

i＝0...N-1,j＝0,...N-1,且i≠j，

得到的D_ij最大值即为椭球的长轴a，并记录下长轴a的两个坐标点(x_a1，y_a1)和(x_a2，y_a2)即为椭圆长轴a上的两个端点。椭圆中心点为(x₀，y₀)，有

在本实施例中，首先将上述计算得到的长轴a的两个端点构建一条直线，直线表达式为：

Ax+By+C＝0，

其中，

遍历上述的N个坐标点，求取每个坐标点与直线之间的距离为：

取最大的d_i即继而能够求得短轴长度b。

步骤S263，根据椭圆参数计算得到椭圆，将椭圆作为耻骨联合的边缘。

根据椭圆参数计算得到椭圆，椭圆表达式为：

将上述椭圆方程确定的椭圆作为耻骨联合的边缘。

在一个实施中，在识别出直肠肛管连接部的步骤之前，该方法还包括：对盆底正中矢状面图像进行预处理。

在本实施例中，预处理的过程包括但不限于：

(1)对盆底正中矢状面图像进行二维平滑处理，获取增强后的图像。二维平滑处理的算法包括但不限于均值滤波、维纳滤波方式。

(2)对增强后的图像进行二值化处理，其中，二值化的阈值的选取与图像的整体灰度特性有关。在本实施例中，可以通过多次大津法获取该二值化的阈值。

(3)对二值处理后的图像进行膨胀腐蚀处理，以消除细小的未连通区域。

在盆底超声检查时，肛门内括约肌通常表现为低回声，肛门外括约肌则表现为包绕着内括约肌的高回声结构。直肠肛管连接部后方的高回声区是肛提肌群的中心部分，意味着将取样线放置在此部位就可以观察到肛提肌。在一个实施例中，如图10所示，识别出直肠肛管连接部的步骤具体为：

步骤S301：从盆底正中矢状面图像中分割出带状低回声区域。

在本实施例中，根据上述步骤获取的二值化图像，从该二值化图像的右侧(肛管一般处于超声图像的右侧)开始对该二值化图像的零值区域进行处理，获得两条带状低回声区域，这两条带状低回声区域即为肛门外括约肌所在区域。

步骤S302：从带状低回声区域中检测出肛提肌群区域。

从步骤S301获取的两条连线带状低回声区域中，将远场端的带状低回声区域的右上侧部分作为肛提肌肌群区域。需要说明的是，所述远场端为探头的远场端。

步骤S303：确定带状低回声区域和肛提肌群区域的边界曲线。

在获取肛提肌群所对应的回声区域后，在二值化图像中，将肛提肌群所在的回声区域以外的其他区域像素均设置为零值。

在本实施例中，如图11所示，确定带状低回声区域和肛提肌群区域的边界曲线的步骤包括：

步骤S323，获取带状低回声区域与所述肛提肌区域的边界像素点。

在本实施例中，采用8邻域像素的像素值来判断当前像素是否为边界像素。如果当前像素点的8邻域像素值均为零或255，则当前像素点不为边界像素点，否则为边界像素点。

步骤S343，对边界像素点进行曲线拟合，将获取到的光滑边界曲线作为边界曲线。

步骤S304：获取边界曲线的拐点，并将该拐点作为直肠肛管连接部。

如图12拐点求取示意图所示，拐点的获取方法具体为在步骤S343获取的边界曲线两端分别取两个点，将同一端的两个点连接起来，得到两条直线，两条直线相交得到一个交点，该交点即为边界曲线的拐点，亦即直肠肛管连接部。

在本实施例中，由于肛管直肠以及肛提肌群在正中矢状面图像的右侧，因此只对如图9所示的右半部分图像进行分析，这样可以提高图像处理的效率。

在一个实施例中，肛提肌轴平面图像处理方法还包括：显示肛提肌轴平面图像。

通常，当盆底在3D/4D扫查模式时，A平面显示盆底正中矢状面，B平面显示冠状面，C平面显示横断面3D容积图像采用表面渲染模式可清晰显示肛提肌轴平面。在如图13肛提肌轴平面示意图所示的3D视图中，在该肛提肌轴平面上，用户(例如医护人员)可观察肛提肌的损伤情况，并且测量肛提肌的厚度、肛提肌裂孔前后径、左右径以及面积大小等参数，以便进行定量分析。用户根据这些结果进行诊断，简化了用户的操作流程，提高了诊断效率。

下面对本发明实施例提供的肛提肌轴平面图像处理装置进行介绍，下文描述的肛提肌轴平面图像处理装置与上文描述的肛提肌轴平面图像处理方法可相互对应参照。

图14为本发明实施例提供的肛提肌轴平面图像处理装置的结构框图，参照图14肛提肌轴平面图像处理装置包括：

数据获取模块100，用于获取盆底的三维容积数据；

识别模块200，用于根据所述三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；

连接线获取模块300，用于获取所述耻骨联合下缘与所述直肠肛管连接部的连接线，并调整所述连接线使得所述连接线呈水平方向；

肛提肌轴平面图像获取模块400，用于根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。

作为一种具体实施方式，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理装置中，识别模块200包括：

膀胱区域检测单元，用于从所述盆底正中矢状面图像中检测出膀胱区域；

高回声区域分割单元，用于从所述膀胱区域中分割出椭圆高回声区域；

耻骨联合边缘确定单元，用于以椭圆模型近似逼近所述椭圆高回声区域，确定所述耻骨联合的边缘；

耻骨联合下缘确定单元，用于确定所述耻骨联合的中轴线，将所述中轴线与所述耻骨联合下边缘的交点作为所述耻骨联合下缘。

作为一种具体实施方式，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理装置中，上述耻骨联合边缘确定单元包括：

二值化处理子单元，用于对椭圆高回声区域的图像进行二值化处理，获取二值化处理后的图像；

椭圆参数计算子单元，用于根据二值化处理后的图像，计算椭圆参数，其中所述椭圆参数包括椭圆的长轴的两个端点、椭圆的短轴和椭圆的中心点；

耻骨联合的边缘确定子单元，用于根据所述椭圆参数计算得到椭圆，将所述椭圆作为所述耻骨联合的边缘。

在一个实施例中，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理装置，上述图像检测模块200包括：

带状低回声区域分割单元，用于从所述盆底正中矢状面图像中分割出带状低回声区域；

高回声区域检测单元，用于从所述带状低回声区域中检测出肛提肌群所在的高回声区域；

边界曲线确定单元，用于确定所述带状低回声区域与所述肛提肌群区域的边界曲线；

直肠肛管连接部确定单元，用于获取所述边界曲线的拐点，并将所述拐点作为所述直肠肛管连接部。

进一步地，上述边界曲线确定单元具体包括：

边界像素点获取子单元，用于获取所述带状低回声区域与所述肛提肌区域的边界像素点；

曲线拟合子单元，用于对所述边界像素点进行曲线拟合，将获取到的光滑边界曲线作为所述边界曲线。

在一个实施例中，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理装置，上述连接线获取模块300具体包括：

夹角计算单元，用于计算所述连接线与水平线之间的夹角；

旋转单元，用于将所述夹角作为所述盆底正中矢状面的旋转角，将所述盆底正中矢状面按照所述旋转角绕Z轴进行旋转，使得所述连接线呈水平方向。

具体地，本发明实施例所提供的肛提肌轴平面图像处理装置中，上述肛提肌轴平面图像获取模块400可以具体包括：

取样线调整单元，用于将所述取样框的取样线调整至与所述水平方向的连接线重合；

大小调整单元，用于调整所述取样框的大小，获取所述肛提肌轴平面图像。

此外，如图15所示，肛提肌轴平面图像处理装置还包括：

显示模块500，用于显示所述肛提肌轴平面图像。

本实施例的肛提肌轴平面图像处理装置用于实现前述的肛提肌轴平面图像处理方法，因此肛提肌轴平面图像处理装置中的具体实施方式可见前文中的肛提肌轴平面图像处理方法的实施例部分，例如，数据获取模块100，识别模块200，连接线获取模块300，肛提肌轴平面图像获取模块400，分别用于实现上述肛提肌轴平面图像处理方法中步骤201，202，203和204，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理装置，通过获取盆底的三维容积数据；根据三维容积数据，对盆底正中矢状面图像进行图像检测，识别出耻骨联合下缘和直肠肛管连接部；获取耻骨联合下缘与直肠肛管连接部的连接线，并调整连接线使得连接线呈水平方向；根据水平方向的连接线调整取样框，获取肛提肌轴平面图像。本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理装置，能够自动识别出耻骨联合与直肠肛管连接部，从而快速而准确地调节取样框获取肛提肌区域图像，提高了图像处理的准确度和效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的肛提肌轴平面图像处理方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。