一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法

技术领域

本发明涉及超声图像处理领域，具体涉及一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法。

背景技术

子宫腺肌病是一种常见的妇科疾病，是指具有生长功能的子宫内膜腺体与间质侵入子宫肌层，导致子宫肌层局限性或弥漫性增生肥大的一种疾病。临床表现为进行性加重的痛经及月经量增多，严重者可干扰的正常生活及工作，甚至导致不孕、流产及不良产科结局。

临床上目前对子宫腺肌病的诊断和治疗主要基于超声观察的结果。超声可以观察子宫腺肌病的类型、位置、范围、浸润程度。2019年子宫腺肌病超声评估(MUSA)标准将子宫腺肌病超声诊断分为以下几种类型：球形子宫；前后壁不对称；异常的子宫肌层排列；穿过子宫肌层异常的强回声线性显影；肌层内囊肿；子宫肌层的异常强回声灶；子宫肌层的异常强回声结节团。2020年《子宫腺肌病诊治中国专家共识》中将子宫腺肌病分为弥漫性、局灶性(腺肌瘤、囊性)和特殊型(内膜样结节、非典型息肉样)三种类型。在超声诊断方面，子宫腺肌病根据异位内膜侵入子宫肌壁间的位置及范围不同，可以分为弥漫型和局限型两大常见的类型。

但超声诊断具有很强的专业性，对于图像的感知与识别需要有较多经验的累积。决定治疗策略和方案的临床医生往往超声经验不足，观察报告中的超声图像并不能对病灶形成相对直观、准确的认知。且现阶段子宫腺肌病的超声诊断均为基于子宫和腺肌病病灶形态学的定性和半定量描述，缺少直观地表现腺肌病病灶类型、位置、范围、浸润程度的方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法，能直观且可重复地展现子宫腺肌病，以便更好地进行诊断、分度、确定治疗方案，解决临床医生无法准确获取子宫腺肌病超声信息的问题。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法，包括以下步骤：

步骤一、选取子宫特征数据并建立坐标系，以选取的子宫特征数据作为子宫特征点，子宫特征点包括子宫标志点和内膜标志点，将子宫特征点绘制在坐标系中；

步骤二、采用三阶贝塞尔曲线方法进行子宫图形建模，基于从超声影像中识别并测量出的子宫特征点集，依据子宫标志点和内膜标志点拟合出一条依次通过所有子宫特征点的曲线来模拟子宫轮廓，得到子宫曲线模型图；

步骤三、对三阶贝塞尔曲线方法建立的子宫曲线模型图进行平滑处理；

步骤四、选取病灶特征数据作为病灶特征点，将病灶特征点作为病灶标志点在绘制在子宫曲线模型图的坐标系中；

步骤五、采用三阶贝塞尔曲线方法进行病灶图形建模，基于从超声影像中识别并测量出的病灶特征点，依据病灶标志点拟合出一条依次通过所有病灶特征点的曲线来模拟病灶的轮廓，得到病灶曲线模型图；

步骤六：对三阶贝塞尔曲线方法建立的病灶曲线模型图进行平滑处理；

步骤七：根据子宫曲线模型图中的子宫拟合点值、病灶曲线模型图中的病灶拟合点值，绘制出子宫和病灶图像。

步骤一中，选择子宫正中矢状面或子宫横截面，设X轴、Y轴，建立坐标系，以子宫标志点形成的坐标，连点成线绘制图形。

进一步的，选择子宫正中矢状面时，子宫标志点为宫颈内口水平前后壁浆膜层、子宫最厚处前后壁浆膜层、宫底部水平浆膜层；内膜标志点为宫颈内口水平前后壁方向内膜边缘、内膜最厚处前后壁方向内膜边缘、宫底部方向内膜边缘；选择子宫横截面时，子宫标志点为前、后、左、右壁浆膜层；内膜标志点为前、后、左、右壁方向内膜边缘。

进一步的，在子宫正中矢状面上，将宫颈内口处的内膜中心点设为原点，将原点与宫底部浆膜层的连线设为X轴，将过原点垂直于X轴的过宫颈内口前后壁浆膜层标志点的线设为Y轴建立坐标系。

进一步的，在子宫横截面上，将子宫内膜中心点设为原点，将过原点与子宫左、右壁浆膜层外侧壁标志点的连线设为X轴，将与之垂直的过原点与子宫前、后壁浆膜层标志点连线设为Y轴建立坐标系。

步骤二中，子宫特征点集为从宫颈口采集的第一个子宫特征点开始标记，依顺时针方向在浆膜层外缘或内膜边缘进行采集得到。

进一步的，采用三阶贝塞尔曲线方法得到局限型腺肌病病灶拟合点或弥漫型腺肌病病灶的外延轮廓拟合点，在得到弥漫型腺肌病病灶的外延轮廓拟合点后以二维正态分布方法拟合计算出弥漫型病灶散点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法，可以解决超声医生手绘病灶示意图精度低，不可复用，无法对治疗前后进行比较的缺点。该模型提取了子宫和病灶的关键特征点，方面超声医生描述及记录数据，操作难度低，可以重复性高；使用三阶贝塞尔曲线方法，并通过将非封闭超声提取的子宫特征参数，采用封闭方式拟合，使得子宫示意图更平滑，更贴近物理世界中的器官曲线。该模型将子宫、病灶以图像形式展现，提升临床医生的理解，便于观察子宫中病灶的大小、范围、侵润程度。因此该模型为临床医生更好地进行诊断、分度、确定治疗方案提供支撑，为其与病患交流提供高效方法，并为做处临床决策可以便捷、可视化的提示。

附图说明

图1为本发明的基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法的流程图；

图2为子宫图像；a为正中矢状面的子宫超声图像：SU1～SU5为子宫标志点；SE1～SE5为内膜标志点；b为横截面的子宫超声图像：RU1～RU4为子宫标志点；RE1～RE4为内膜标志点；c为本发明计算机拟合的子宫图像；

图3为局限型子宫腺肌病病灶图像；a为正中矢状面的子宫超声图像：SL1～SL4为病灶标志点；b为横截面的子宫超声图像：RL1～RL4为病灶标志点；c为本发明计算机拟合的局限型子宫腺肌病病灶图像；

图4为弥漫型子宫腺肌病病灶图像；a为正中矢状面的子宫超声图像：SL1～SL4为病灶标志点；b为横截面的子宫超声图像：RL1～RL4为病灶标志点；c为本发明计算机拟合的弥漫型子宫腺肌病病灶图像；

图5为添加本发明计算机拟合的图像(示意图)之后的超声报告。

具体实施方式

以下通过实施例的形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是：其中的方位或位置关系为基于附图所示的关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可依据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种基于超声测量值的子宫腺肌病建模方法，如图1所示，基于常规彩色多普勒超声检测结果，根据子宫特征在正中矢状面与横截面选取特征点参数，采用三阶贝塞尔曲线拟合子宫浆膜层外缘或内膜边缘，并利用计算机标记特征点坐标，连点成线构建子宫在计算机系统中关于矢状面或横截面的孪生，显示接近子宫的形态图形。根据测量病灶的特征点，在子宫图像上进行病灶轮廓与特征的拟合与标记，生成关于病灶的相应图形，以矢状面或横截面进行呈现，并计算相应面上病灶的面积，以便于治疗前后的比较。

包括以下步骤：

1.子宫特征数据选取：子宫特征数据选取要求唯一、便捷、可重复。在面的选择方面使用标准切面更容易实现上述要求。在重现子宫前后壁、宫底部超声图像时，一般正中矢状面(纵切面)，探头纵切，需清晰显示子宫颈内口至宫底部，图像需对称显示包括肌层与子宫内膜前后两层。在重现子宫左右侧壁、前后比超声图像时，选择横截面(横截面)，探头横切，于宫体中部，图像呈椭圆形的最大切面。子宫由外向内分为三层组织，分别为浆膜层、肌层、粘膜层(子宫内膜)。浆膜层是子宫的最外层，浆膜层范围之内的是子宫，浆膜层测量确定子宫的大小。常规在测量子宫大小时，于正中矢状面测量宫体的纵径和前后径，纵径的测量为测量宫颈内口至的子宫底的外侧缘距离，前后径的测量为测量与纵径相垂直的最大前后壁外缘间的距离；于横截面测量总的横径，测量子宫左右右壁浆膜层外缘之间的最大距离。测量内膜厚度，于正中矢状面，测量子宫内膜最厚处子宫内膜前后两层之间外侧缘间的距离。

子宫特征点的选取参考子宫的测量。在子宫浆膜层外侧特征点的选择时选取为测量子宫大小常用径线上位于浆膜层外缘的标志点，在内膜特征点选择时，选择内膜边缘对应的标志点。正中矢状面：子宫标志点为宫颈内口水平前后壁浆膜层、子宫最厚处前后壁浆膜层、宫底部水平浆膜层；内膜标志点为宫颈内口水平前后壁方向内膜边缘、内膜最厚处前后壁方向内膜边缘、宫底部方向内膜边缘。横截面：子宫标志点为前、后、左、右壁浆膜层；内膜标志点为前、后、左、右壁方向内膜边缘。为能更方便地图形化子宫与病灶，将子宫正中矢状面及横截面的特征数据进行坐标轴改造。正中矢状面上，将宫颈内口处的内膜中心点设为原点，将原点与宫底部浆膜层的连线设为X轴，将过原点垂直于X轴的过宫颈内口前后壁浆膜层特征点的线设为Y轴。在横截面上，将子宫内膜中心点设为原点，将过原点与子宫左、右壁浆膜层外侧壁特征点的连线设为X轴，将与之垂直的过原点与子宫前、后壁浆膜层特征点连线设为Y轴。子宫特征点记录坐标(X，Y)以确定特征点在坐标系中的定位，连点成线，绘制图形。如需要更好地体现病灶侵润程度，也可以在图上再标出子宫结合带及血管屏障在相应层面上的标志点。

子宫图形建模：基于从超声影像中识别并测量出的子宫正中矢状面与横截面的子宫特征点集(fP

2.首先计算依次通过连续两个特征点的三阶贝塞尔曲线的两个控制点，由于拟合曲线必须经过在超声中测量的特征点，而每连续两个特征点又作为贝塞尔曲线的端点进行计算，那么为了保证各分段贝塞尔曲线的平滑连续，必须使得作为中间点的特征点在两侧的贝塞尔曲线拟合在该端点处的切向方向相同，即保证封闭部分的每个控制点与左右两侧的控制点在同一条直线上。那在每个特征点(即贝塞尔曲线端点)处，左右在计算时，作为贝塞尔多边形两条相邻边的两个控制点与这两个控制点之间的顶点应该在一条直线上，只有这样，两条相邻的插值曲线才能平滑地连接在一起。

3.通过每两个连续特征点与已计算出的其中的两个控制点，计算三阶贝塞尔曲线的拟合点。

B(t)＝(1-t)

其中，P

4.腺肌病病灶特征数据选取：腺肌病病灶特征点的要求是，能够在坐标系中表现，具有可重复性，因而仍选择标准切面，正中矢状面和横截面。为进一步我们拟在子宫模型上显示腺肌病病灶的情况，需选取病灶测量的标志点，以标记在模型上图像化病灶。因为在正中矢状面上可以显示前后壁、宫底部病灶的情况；在横截面上可以显示前后壁、左右壁病灶情况。前后壁病灶的标志点正中矢状面上为近浆膜层处上下点、远离浆膜处上下点；横截面上右前、右后、左前、左后。宫底部病灶的标志点为正中矢状面上近前壁处上、下；近后壁处上、下。左右壁病灶的标志点为横截面上右前、右后、左前、左后。每个病灶用周围4个点确定大致范围化。病灶特征点记录坐标(X，Y)，在在坐标系中显示定位，连点成线，绘制图形。

5.由于局限型腺肌病病灶在计算机图形显示上与横截面子宫浆膜层/内膜相似，属于封闭型贝塞尔曲线拟合，即根据局限型腺肌病病灶特征点重复步骤3、步骤4，即可获得局限型病灶的拟合点。

6.通过同样方法，可根据弥漫型腺肌病病灶特征点重复步骤3、步骤4，获得弥漫型腺肌病病灶的外延轮廓拟合点，并在其中以二维正态分布方法拟合计算出弥漫型病灶散点。

7.根据所有计算得出的正中矢状面和横截面中的子宫、局限型腺肌病病灶、弥漫型腺肌病病灶的拟合点值，使用绘图工具在画布上显示子宫、局限型腺肌病病灶、弥漫型腺肌病病灶。

实施例中给出了一个更具体的操作流程示例：

首先进行彩色多普勒超声检查。发现子宫腺肌病病灶后进行相关标志点的测量与拟合，选取子宫特征参数，记录相关标志点的坐标，进行子宫拟合曲线的计算。根据子宫腺肌病类型的不同，选取局限型或弥漫型子宫腺肌病特征参数的选取，记录相关标志点的坐标，进行病灶拟合曲线的计算。根据计算结果，在正中矢状面、横截面展示子宫腺肌病的病灶，并分别进行各展示面子宫及病灶面积的计算。将结果显示在超声报告中。多次记录结果，以便于治疗前后进行比较。

实施例中提供了具体步骤如下：

1、患者取膀胱截石位卧于超声检查床，行阴道超声检查。如发现患者有子宫腺肌病，进行相关标志点的测量与拟合。

首先在标准切面观察子宫，选取子宫特征参数并记录、测量与拟合。观察正中矢状面(纵切面)时，探头纵切，需清晰显示子宫颈内口至宫底部，图像需对称显示包括肌层与子宫内膜前后两层；观察横截面(横截面)时，探头横切，于宫体中部，图像呈椭圆形的最大切面。正中矢状面上(图2中a)，将宫颈内口处的内膜中心点设为原点，将原点与宫底部浆膜层的连线设为X轴，将过原点垂直于X轴的过宫颈内口前后壁浆膜层特征点的线设为Y轴。以顺时针方向记录标志点的坐标。选取子宫标志点为宫颈内口水平前壁浆膜层(SU1)、子宫前壁肌层最厚处浆膜层(SU2)、宫底部水平浆膜层(SU3)、子宫后壁肌层最厚处浆膜层(SU4)、宫颈内口水平前壁浆膜层(SU5)作为子宫的标志点。选取内膜标志点为宫颈内口水平前壁方向内膜边缘(SE1)、内膜前壁方向最厚处内膜边缘(SE2)、宫底部方向内膜边缘(SE3)、内膜后壁方向最厚处内膜边缘(SE4)、宫颈内口水平后壁方向内膜边缘(SE5)。若子宫或内膜形状明显异常，可以增加标志点，增加示意图与超声图像的拟合度。横截面上(图2中b)，将子宫内膜中心点设为原点，将过原点与子宫左、右壁浆膜层外侧壁特征点的连线设为X轴，将与之垂直的过原点与子宫前、后壁浆膜层特征点连线设为Y轴。以顺时针方向记录标志点的坐标。选取子宫标志点为子宫标志点为前壁浆膜层(RU1)、右侧壁浆膜层(RU2)、后壁浆膜层(RU3)、左侧壁浆膜层(RU4)。选取内膜标志点为前壁方向内膜边缘(RE1)、右侧壁方向内膜边缘(RE2)、后壁方向内膜边缘(RE3)、左侧壁方向内膜边缘(RE4)。若子宫或内膜形状明显异常，可以增加标志点，增加示意图与超声图像的拟合度。如需要更好地体现病灶侵润程度，也可以在图上再标出子宫结合带及血管屏障在相应层面上的标志点。

以图2中数据为例进行演示，将数据录入计算机(如下表展示)。

2、子宫图形建模：基于从超声影像中识别并测量出的子宫正中矢状面与横截面的如上所有标记点，依次以(标记点1、标记点2)，(标记点2、标记点3)，……，(标记点4、标记点5)依次进行两点间的控制点计算。其中，由于子宫横切面图为封闭性曲线，在拟合曲线前做预处理将标记点1补充为标记点5。

3、其他拟合计算，两个面上一致。以下为三阶贝塞尔曲线控制点计算方法：

控制点计算选取连续的三个标记点(标记点i-1，标记点i，标记点i+1，i∈[2,4])，将三个标记点分别记为fP

4、通过每两个连续特征点与已计算出的其中的两个控制点，计算三阶贝塞尔曲线的拟合点。

B(t)＝(1-t)

其中t在[0,1]区间内均匀去50个点，P

5.1如子宫腺肌病病灶为局限型，选取病灶特征参数并记录、测量与拟合。仍选择标准切面，正中矢状面和横截面。以顺时针方向在同一坐标系中记录标志点的坐标。在正中矢状面(图3中a)，每个病灶用周围4个点确定大致范围化，选取病灶标志点为病灶与正常子宫交界处的4个顶点，在图3中a中分别为近浆膜层处下点(SLA1)、近浆膜层处上点(SLA2)、远离浆膜处上点(SLA3)、远离浆膜处下点(SLA4)。在横截面(图3中b)，每个病灶用周围4个点确定大致范围化，选取病灶标志点为病灶与正常子宫交界处的4个顶点，在图3中b中分别为上右前(RLA1)、左前(RLA2)、左后(RLA3)、右后(RLA4)。若腺肌病病灶形状明显异常，可以增加标志点，增加示意图与超声图像的拟合度。若腺肌病病灶数量不止一个，分别记录LB、LC……的标准切面坐标。

以图2数据为例进行演示，将数据录入计算机(如下表展示)。

根据本中心检查习惯，正方向在右侧，子宫为前位时阴超宫底部朝向右侧，X坐标轴也指向右侧，超声图像与拟合图像形状相似。在图像拟合后，可以根据子宫的位置将坐标轴进行相应角度的旋转，以实现拟合图像与超声图像的形状相似，更方便临床医生理解。当子宫为中位时，可以将坐标轴顺时针旋转90°，当子宫为后位时，可以将图像顺时针旋转180°，旋转角度可以根据实际图像显示进行调整。若检查习惯与本中心不同(如正方向在左侧)，也可以将X坐标轴的正方向指向左侧。以方便理解为宜。

5.2如子宫腺肌病病灶为弥漫型，选取病灶特征参数并记录、测量与拟合。仍选择标准切面，正中矢状面和横截面。以顺时针方向在同一坐标系中记录标志点的坐标。在正中矢状面(图4中a)，每个病灶用周围4个点确定大致范围化，选取病灶标志点为病灶与正常子宫交界处的4个顶点，在图4中a中分别为近浆膜层处下点(SLA1)、近浆膜层处上点(SLA2)、远离浆膜处上点(SLA3)、远离浆膜处下点(SLA4)。在横截面(图4中b)，每个病灶用周围4个点确定大致范围化，选取病灶标志点为病灶与正常子宫交界处的4个顶点，在图4中b中分别为上右前(RLA1)、左前(RLA2)、左后(RLA3)、右后(RLA4)。若腺肌病病灶形状明显异常，可以增加标志点，增加示意图与超声图像的拟合度。若腺肌病病灶数量不止一个，分别记录LB、LC……的标准切面坐标。

将数据录入计算机。由于子宫腺肌病局限型与弥漫型临床症状较为相似，且超声图像也存在一定程度的重叠，弥漫型与局灶型拟合过程相似。超声上两者的区别在于病灶的位置、范围、边界等。弥漫型录入过程与局限型相似(如下表展示)。

6、由于局限型腺肌病病灶在计算机图形显示上与横截面子宫浆膜层/内膜相似，属于封闭型贝塞尔曲线拟合，即根据局限型腺肌病病灶特征点重复步骤3、步骤4，即可获得局限型病灶的拟合点。

7、通过同样方法，可根据弥漫型腺肌病病灶特征点重复步骤3、步骤4，获得弥漫型腺肌病病灶的外延轮廓拟合点，并在其中以二维正态分布方法拟合计算出弥漫型病灶散点。

其中，(X

-∞<μ

-∞<μ

σ

σ

-1<ρ<+1

8.根据所有计算得出的正中矢状面和横截面中的子宫、局限型腺肌病病灶、弥漫型腺肌病病灶的拟合点值，使用绘图工具在画布上显示子宫(图2中c)、局限型腺肌病病灶(图3中c)、弥漫型腺肌病病灶(图4中c)。

9.将根据以上步骤形成的示意图应用在超声报告中(图5)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。