申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2023-12-04

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117745935A

主分类号：G06T17/00

分类号：G06T17/00;A61B8/00;G06F17/14;G06F17/16;G06N7/01

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.09#实质审查的生效;2024.03.22#公开

摘要：本发明公开了基于累积分布函数的超声Nakagami混合模型参数估计与成像方法，是利用超声射频信号计算包络信号，计算累积分布函数，自动估计超声Nakagami混合模型参数并进行参数成像的方法。对超声射频信号进行希尔伯特变换，得到包络信号，利用矩形窗口在包络信号上滑动，计算窗口内的累积分布函数测量值，自适应设定Nakagami混合模型参数的搜寻初值，以搜寻初值为起始值，在一定范围内搜寻与累积分布函数测量值的KL距离最小的累积分布函数理论值对应的Nakagami混合模型参数，得到Nakagami混合模型参数估计值矩阵，对其进行插值并成像得到Nakagami混合模型参数图像。本发明可用于超声组织定征。

主权项：1.一种基于累积分布函数的超声Nakagami混合模型参数估计与成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对于输入的二维超声射频信号S，所述二维超声射频信号S的大小为M×N，即M条扫描线，每条扫描线包含N个采样点，利用希尔伯特变换计算S的二维包络信号V，其中H表示S的希尔伯特变换；超声Nakagami模型的概率密度函数P.为 其中，r为超声包络信号，m为形状参数，Ω为尺度参数，Γ.为伽马函数，e为指数函数，t为积分变量；超声Nakagami混合模型的概率密度函数PDN.为 其中下标1和2分别代表正常组织和病变组织，α为病变组织的占比，P1.和P2.分别表示正常组织和病变组织的概率密度函数，m1为正常组织的超声Nakagami模型形状参数，Ω1为正常组织的超声Nakagami模型尺度参数，m2为病变组织的超声Nakagami模型形状参数，Ω2为病变组织的超声Nakagami模型尺度参数；获取正常组织的超声Nakagami模型形状参数m1：0.5≤m1≤1.5，其中，E[.]为统计平均函数，J为正常组织的超声包络信号；步骤2、将矩形窗口在所述二维包络信号V上滑动，所述矩形窗口即滑动窗口的大小为Mw×Nw，表示Mw条扫描线×Nw个采样点；滑动窗口在X方向即扫描线方向和Z方向即采样点方向上滑动的步长分别为δX和δZ，共获得σX×σZ个滑动窗口，δX和δZ分别表示在X方向和Z方向上两个相邻的滑动窗口之间的距离，0δX≤Mw，0δZ≤Nw，σX＝M－MwδX，σZ＝N－NwδZ，其中表示向上取整；步骤3、对于所述σX×σZ个大小为Mw×Nw的滑动窗口，分别计算每个滑动窗口内的超声Nakagami混合模型参数α、Ω1、m2、Ω2的估计值，其中，α为病变组织的占比，Ω1为正常组织的超声Nakagami模型尺度参数，m2为病变组织的超声Nakagami模型形状参数，Ω2为病变组织的超声Nakagami模型尺度参数，共获得4个大小均为σX×σZ的超声Nakagami混合模型参数估计值二维矩阵SDα、分别为α、Ω1、m2、Ω2的参数估计值二维矩阵；滑动窗口内的超声Nakagami混合模型参数计算包括以下步骤3.1～3.5：步骤3.1、对于某一个滑动窗口内的大小为Mw×Nw的二维包络信号Vw，将其排列成一维信号y，y的长度L为Mw×Nw，将y的各数据点按照数值从小到大排序，得到排序后的包络信号y′，计算y′的均方根归一化包络信号Y，Y＝y′RMSy′，其中RMS.为均方根函数；步骤3.2、对于所述均方根归一化包络信号Y，计算Y的累积分布函数的测量值MEAS，MEAS共有L个数据，第i个数据的累积分布函数的测量值为MEASi，1≤i≤L；步骤3.3、对于所述均方根归一化包络信号Y，计算超声Nakagami混合模型参数α、m2、Ω2的搜寻初始值为α0、 式中，E[.]为统计平均函数；步骤3.4、对于任意的超声Nakagami混合模型参数α、m2、Ω2，计算超声Nakagami混合模型的累积分布函数的理论值THEO： 式中，γ.表示下不完全伽马函数，Γ.为伽马函数； 其中e为指数函数，t为积分变量；对于任意一组超声Nakagami混合模型参数α、m2、Ω2，THEO共有L个数据，第i个数据的累积分布函数的理论值为THEOi，1≤i≤L；对于任意一组超声Nakagami混合模型参数α、m2、Ω2，计算所述累积分布函数的测量值MEAS与所述累积分布函数的理论值THEO之间的KL距离D： 其中，log.为自然对数函数；步骤3.5、以所述超声Nakagami混合模型参数初始值α0、为起始值，利用非线性规划求解器，在α0∈[0,1、范围内，计算得到所述KL距离D最小值Dmin，Dmin对应的超声Nakagami混合模型参数即为最优估计α′、m′2、Ω′2，再计算Ω1的最优估计Ω′1，Ω′1＝1-α′Ω′21-α′；将Ω′1、Ω′2去归一化得到Ω″1、Ω″2，即Ω″1＝Ω′1[RMSy′]2，Ω″2＝Ω′2[RMSy′]2；α′、Ω″1、m′2、Ω″2即为所述包络信号Vw的超声Nakagami混合模型参数α、Ω1、m2、Ω2的估计值；步骤4、对于所述大小为σX×σZ的超声Nakagami混合模型参数估计值二维矩阵SDα、首先将其插值为大小为M×N的超声Nakagami混合模型参数二维矩阵SD′α、对所述超声Nakagami混合模型参数二维矩阵SD′α、进行颜色映射，得到超声Nakagami混合模型参数图像，包括α参数图像、Ω1参数图像、m2参数图像、Ω2参数图像。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工业大学 基于累积分布函数的超声Nakagami混合模型参数估计与成像方法

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