ICE超声图像斑点噪声的统计分析.pdf

第 18卷 第 1期 电路与系统学报 Vol.18 No.1 2013 年 2月 JOURNAL OF CIRCUITS AND SYSTEMS February，2013 文章编号：1007-0249 (2013) 01-0232-05 ICE超声图像斑点噪声的统计分析* 李轶鹏#， 黄春明， 黄超， 李睿 （江西省电力科学研究院, 江西 南昌 330096） 摘要：通过基于三次样条曲线的弹性图像配准方法对 ICE（Intracardiac Echocardiographic）图像进行配准后提取 对数斑点噪声并对其进行统计分析。该图像配准方法是使用基于斑点噪声统计特性的最大似然方法建立目标函数并进 行最小化，然后再重构运动场函数并进而在所有像素点提取对数斑点噪声差异值。计算结果表明在图像不同区域噪声 的统计特性呈现明显有区别的空间特征。 关键词：斑点噪声；图像配准；三次样条曲线 中图分类号：TP911 文献标识码：A 1 引言 二维 ICE 超声图像是一种非常重要的活体心脏成像方法[1~3]。然而，超声图像一般会受到“斑点” 噪声的严重干扰，这是由于超声波在具有声波波长尺度的四处分布的小散射源处进行散射造成的结果， 斑点噪声是超声图像的内在属性。这类噪声属于非高斯噪声并且噪信比（Noise-to-Signal ratio）非常 大。在二维 ICE 图像序列中，通过斑点噪声进行心肌运动的追踪是一种非常有效的方法[4~6]，这通常 是通过图像序列的配准来完成。经典的光流方法[7,8]在这类图像中往往不能取得很好的性能，这是因为 它们通常假定相邻图像的对应像素灰度值不变，这就使得该方法对斑点噪声过于敏感而效果不佳。区 域匹配方法[9,10] 的性能直接取决于所使用的区域大小，在此类图像中由于难以选择最优的区域大小使 其能够同时捕捉不同尺度的运动因而难以应用。而弹性图像配准方法[4,11]往往能够取得较好性能。 本文提出 ICE图像序列中一种基于三次样条函数的弹性图像配准方法，通过梯度下降方法进行目 标函数的最优化求解。其中，目标函数通过基于 ICE图像斑点噪声统计特性的最大似然准则来获得。 然后通过图像序列的配准结果进行对数斑点噪声统计特征的提取，结果表明该类噪声在 ICE图像的心 肌区域呈现明显的空间分布特征。 2 系统模型和方法 2.1 图像配准目标函数 考虑一个二维 ICE图像序列 J ，该序列通常包含一个或若干个心跳周期。用函数 )(xf 表示从参考 图像（源） rJ 中的像素 x到目标图像（宿） tJ 中的像素 )(xf 的非线性运动场函数，然后考虑源图像 rJ 和空间变换后的宿图像 ))(( xftJ 之间的差异 )(xd ，定义为： )())(()( xxfx rt JJd ?? （1） 其中 G?x ，G是所有像素的集合。 进一步，根据超声成像原理，观察到的源图像和宿图像可以分别表示为： )()()( xxx rrr SIJ ?? ， )()()( xxx ttt SIJ ?? （2） 其中 )(xrI ， )(xtI 是心肌组织的实际成像灰度值，而 )(xrS ， )(xtS 是对数斑点噪声 [12]，可以写为： ))(ln()( xx NS ? （3） 其中 )(xN 是独立同分布的噪声随机变量，其概率密度函数一般可用瑞利分布函数表示，即： * 收稿日期：2012-02-10 修订日期：2012-03-28 ?# 通信作者：Email：ypligood@163.com 第 1期 李轶鹏等：ICE超声图像斑点噪声的统计分析 233 22 2/ 2 1)( ? ? z N ezp ??