[发明专利]一种基于浅表切面超声图像的肝包膜线提取与特征描述的方法

说明书

技术领域

本发明属于医学影像分析技术领域，具体涉及针对浅表切面超声图像的肝包膜线 提取方法。

背景技术

肝病是严重危害人类健康的疾病，中国人群中的肝炎病毒携带者超过总人口的 10％。由于长期和反复损害易导致慢性肝脏硬化性疾病，即乙肝肝硬化。肝硬化易导致多种 并发症，如上消化道出血、肝性脑病等，从而造成死亡，死亡率为12％。乙肝肝硬化的前期无 创诊断都主要依据超声成像，其他影像学检查手段都或多或少都存在一些缺点[1]：传统的 X线成像对于评价肝硬化缺乏足够的对比分辨率，价值有限；CT技术的空间分辨率不足，不 能很好地分辨肝实质结缔组织，且有放射性损害；MRI具有多平面成像能力和更高的软组织 分辨率，适用于评价浅表器官组织病变，但无法进行实时动态检查，操作不便且成本较高。 随着超声仪器分辨率的不断提高及超声探头频率的不断改进，超声图像在浅表器官组织病 损的诊疗及随访中显示出了明显的优势。

目前，针对肝脏超声图像的定量分析主要集中在对肝癌即肿瘤的纹理诊断分割 [2,3]，对肝癌的前期阶段即肝硬化和肝纤维化的定量分析缺乏相关方法[4-8]。Jitendra [4]等使用多分辨率小波变换对肝脏超声图像的实质组织进行纹理分析，使用灰度均值、标 准方差、熵等统计量来描述纹理结构特征，定量分析正常肝、肝硬化和肝癌肿瘤部分的差 异，在60组样本集中获得了86％左右的正确识别率。但是，该方法提取的纹理特征不能直接 对应医学诊断的视觉属性，且不能直观对应结节纤维化肝脏实质。

近年来几何特征驱动的图像处理成为视觉信息处理领域发展的趋势，也越来越多 地应用于各种人体组织的医学图像，包括骨骼^[9、13]、脑组织^[10]、肝脏^[14]、咽部^[11]等。也有不 少学者致力于超声医学图像的几何特征分析，在肌肉组织^[15]、卵泡测量^[16]、颈动脉显像^[12]等方面均有报道。

虽然已有学者对肝脏损伤的CT图像进行了几何特征研究^[14]，但未涉及对肝包膜 的处理。肝包膜由紧密结合的两层构成：厚的纤维性的内层为Glisson包膜，完整包裹整个 肝脏；浆液样外层由腹膜衍生而来，覆盖除肝裸区、肝门、胆囊贴附处的肝脏大部分。超声图 像中肝包膜的两层结构不能区分，整体显示为肝表面纤细、光滑的线样结构。肝硬化时由于 肝实质组织破坏、纤维组织增生、假小叶形成，肝包膜受累可表现为增厚或厚薄不均，呈波 浪状、锯齿状、台阶状改变等，但这些表现均为定性诊断，缺乏定量评估的指标。

包膜轮廓线提取与其他边界提取相比，图像噪声大，(在浅表切面中)真皮层、脂肪 层、包膜层、肌纤维层各边界容易混淆，病理原因导致边界可能不连续。在轮廓线提取中， Sobel、Prewitt、Robert算子由于其全局性而无效，Canny算子由于干预了边界本身的连续 性而无效，LevelSet、ActiveSnakeModel由于其针对的对象为连续封闭的曲线而无效。

发明内容

本发明的目的在于提出一种比较准确地提取肝浅表切面超声图像中包膜线的方 法，并给出包膜线的连续性特征和平滑度特征描述。

肝浅表切面超声图像中包膜线大致位置、总体走向水平是基本固定的。肝包膜与 肝实质之间的声阻抗差异形成了图像中的强回声，所提取的边界点落在这些强回声附近。 本发明给出了一种结合梯度优化与拟合优化的人工点取优化方法，比较准确地提取出包膜 轮廓线，并以此为基础，以构成包膜线的线段数描述其连续性特征，以包膜线相邻控制点夹 角的均值与方差描述其平滑度特征。

超声图像中，正常人的肝包膜线连续且光滑。肝硬化时由于肝实质组织破坏、纤维 组织增生、假小叶形成，肝包膜受累可表现为增厚或厚薄不均，呈波浪状、锯齿状、台阶状改 变等，即连续性和光滑度被破坏。本发明提出的上述特征对此变化给出了定量描述。这对肝 脏超声图像的定量分析具有重要意义。

本发明提出的肝浅表切面超声图像中包膜线的提取方法，具体步骤为：

(1)选择在包膜线上或附近能够反映包膜线走向的k个参考点，记为V₁，V₂，...V_k；

(2)定义初始轮廓线：