基于三维超声的多特征状态数据可视化监测系统及方法与流程

本发明涉及超声图像处理，具体涉及基于三维超声的多特征状态数据可视化监测系统及方法。

背景技术：

1、在医学诊断和监测领域，准确、直观地展示患者体内结构的动态变化对于疾病的早期诊断、治疗方案的制定以及治疗效果的评估至关重要。传统的二维超声成像技术虽然广泛应用于临床，但在复杂结构和微小病变的展示上存在局限性。近年来，随着医学影像技术的快速发展，三维超声成像技术凭借其能够提供立体、直观、多角度的医学图像信息，逐渐成为医学诊断和监测的重要工具。

2、然而，仅依靠三维超声图像进行诊断和监测仍存在一些挑战。首先，三维超声图像包含了大量的信息，医生需要花费大量时间和精力去解读和分析这些数据，这在一定程度上影响了诊断的效率和准确性。其次，对于某些疾病或病变，仅仅依靠图像的形态信息可能不足以进行准确的诊断，还需要结合其他特征信息，如血流情况、组织硬度等。

3、为了解决这些问题，亟需一种基于三维超声的多特征状态数据可视化监测系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于三维超声的多特征状态数据可视化监测系统及方法：至少解决现有方案中，对三维超声图像进行分析时往往因数据信息量大且不能够直观了解患者体内结构的动态变化，导致诊断的效率低和准确性不高的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一方面，基于三维超声的多特征状态数据可视化监测系统，系统包括三维超声特征数据获取模块、投影成像模块、图均衡化增强模块以及可视化呈现模块；

4、三维超声特征数据获取模块用于获取三维超声特征数据，其中，三维超声特征数据包括目标三维超声特征数据和非目标三维超声特征数据，三维超声特征数据为经过三维超声成像技术得到的医学图像数据；

5、投影成像模块用于对三维超声特征数据进行投影成像，生成投影图；

6、图均衡化增强模块用于对投影图进行识别分析，识别出投影图中目标三维超声特征数据对应的图像特征，并对图像特征进行均衡化增强，得到第一图像；

7、可视化呈现模块用于对第一图像进行可视化呈现。

8、进一步地，投影成像模块用于根据冠状参考平面和投影深度对三维超声特征数据进行投影成像，生成投影图具体包括以下过程：

9、基于三维超声特征数据获取三维超声体数据，三维超声体数据为人体目标区域三维结构信息；

10、基于人体目标区域三维结构信息确定参照平面与人体目标区域平面的距离，并基于距离生成冠状参考平面；

11、基于冠状参考平面和投影深度通过平均合成函数生成投影图，该平均合成函数如下：

12、；

13、其中，为投影图中第个像素点的灰度值，为三维超声特征数据在投影平面中第个位置距离参照平面深度为处的体素点强度值。

14、进一步地，图均衡化增强模块用于对投影图进行识别分析，识别出投影图中目标三维超声特征数据对应的图像特征具体包括以下过程：

15、通过小波获取投影图在多尺度下的相位；

16、判断局部方向相位一致性，若该局部方向相位与预设相位一致，则该局部为目标三维超声特征数据对应的图像特征，若该局部方向相位与预设相位不一致，则该局部不为目标三维超声特征数据对应的图像特征，其中，局部方向相位的计算公式如下：

17、；

18、其中，为投影图中的局部方向相位，表示小波在尺度方向下的偶对称部分和奇对称部分，表示小波在特定尺度方向的偶对称部分和奇对称部分，表示小波在相应尺度与方向下响应的幅度，是一个避免分母为0的微小常量，表示噪声阈值，令，符号表示，若，则，否则，，是基于频率扩展的加权因子。

19、进一步地，对图像特征进行均衡化增强，得到第一图像具体包括以下过程：

20、输入图像特征，其中，为图像特征中表示目标三维超声特征数据的节点，节点集，为图像特征中表示非目标三维超声特征数据的边集，，边数为；

21、获取节点的特征矩阵为,为特征维度，的特征向量为,节点的邻接矩阵为，度矩阵为；

22、将和输入图神经网络编码器 ，输出嵌入矩阵、，具体地：

23、采样两个自适应增强函数生成显微图形视图分别为,，其中，是用于拓扑级增强函数和属性级增强函数的集合：

24、通过相同权重的编码器网络生成嵌入矩阵；

25、通过相同权重的编码器网络生成嵌入矩阵；

26、对于拓扑级增强，采用按重要性程度删除图中的边，采用度中心性作为测量节点中心性的方法：在输入图中采样修改的子集的概率集合定义公式如下：

27、；

28、其中，为增强视图中的边集，为删除边的概率，反映边 的重要性程度；

29、将边中心性定义为两个相邻节点中心性得分的平均值如下式：

30、；

31、其中，为边的中心性，用来表示两个相连节点间重要性的影响，、表示节点中心性度量；

32、根据每条边的中心性计算出每条边的概率：设置来减轻稠密节点的影响，通过归一化处理以后，通过转换公式将值转换为概率，转换公式如下：

33、；

34、其中，为一个超参数，目的是控制删除边的总体概率；是的最大值，是的平均值，，用于限制概率的最大值；

35、对于属性级增强：基于第一公式计算测量节点在第d 维特征值的大小，第一公式如下：

36、；

37、其中，为节点的特征，表示节点中心性度量；

38、通过第二公式生成节点属性级增强的属性表示特征的概率，第二公式如下：

39、；

40、其中，，为的最大值，为的平均值，为控制特征增强整体大小的超参数；

41、执行拓扑级和节点级属性增强生成两个增强视图和，完成均衡化增强，并将得到的增强视图和融合成第一图像。

42、进一步地，可视化呈现模块用于对第一图像进行可视化呈现包括以下过程：

43、引入超声探头坐标系来表示第一图像中一帧超声图像中像素点的坐标位置，以第一图像顶部中点为超声探头坐标系的原点，第一图像中的每一像素点都有着唯一一个坐标表示，在超声探头坐标系下各点的唯一坐标为，通过坐标系转换求出该像素点在坐标系中的三维坐标值，坐标转换公式形如下：

44、；

45、其中，为转换矩阵，转换矩阵取决于第一图像像素之间的相对位置，可自由预设。

46、另一方面，基于三维超声的多特征状态数据可视化监测方法，方法包括：

47、获取三维超声特征数据，其中，三维超声特征数据包括目标三维超声特征数据和非目标三维超声特征数据，三维超声特征数据为经过三维超声成像技术得到的医学图像数据；

48、根据冠状参考平面和投影深度对三维超声特征数据进行投影成像，生成投影图；

49、对投影图进行识别分析，识别出投影图中目标三维超声特征数据对应的图像特征，并对图像特征进行均衡化增强，得到第一图像；

50、对第一图像进行可视化呈现。

51、相比于现有方案，本发明实现的有益效果：

52、本发明通过获取三维超声特征数据，根据冠状参考平面和投影深度对三维超声特征数据进行投影成像，生成投影图；对投影图进行识别分析，识别出投影图中目标三维超声特征数据对应的图像特征，并对图像特征进行均衡化增强，得到第一图像，对第一图像进行可视化呈现。能够将多特征状态数据以直观、易懂的方式展示给医生，帮助医生更快速、更准确地了解患者体内结构的动态变化，从而做出更准确的诊断和制定更有效的治疗方案，可以提高医学诊断和监测的效率和准确性，为医学研究提供丰富的数据支持。