基于空间平滑的乳腺超声波图像去噪研究.doc

1、目录 学校代码： 学 号：XXXXXXXXX毕 业 论 文 论文题目：基于空间平滑的乳腺超声波图像去噪研究Based on spatial smoothing of breast ultrasound image denoising research学院（系部）：XXX专 业：XXXXXX （XXXXXX）姓 名：XXXX 指导教师：XXXX 职 称：XXXX研究起止日期：XXXX年XX月-XXXX年X月交稿日期：XX年XX月XX日XXXXXXX教务处制目录摘 要1ABSTRCT2基于空间平滑的乳腺超声波图像去噪研究31. 绪论31.1. 引言31.2. 乳腺超声图像的特点与成像机理31.2.

2、1. 乳腺超声图像的特点31.2.2. 乳腺超声图像的成像机理61.3. 乳腺超声图像噪声分析71.3.1. 超声图像斑点产生原理71.3.2. 乳腺超声图像去噪技术的性能性能评价指标81.4. 乳腺超声诊断和去噪方法的研究现状91.5. 乳腺超声图像去噪的意义121.6. 课题的主要研究内容132. 空域平滑方法理论142.1. 空域平滑142.2. 空间平滑方法152.2.1. 邻域平均滤波152.2.2. 中值滤波162.2.3. 自适应滤波182.2.4. 总结193. 基于空域平滑的乳腺超声图像去噪方法203.1. 基于阈值的平滑滤波203.1.1. 基本原理203.1.2. 算法程

3、序213.1.3. 实验结果223.1.4. 结果分析和评价233.2. 基于卷积的平滑滤波243.2.1. 基本原理243.2.2. 算法程序263.2.3. 实验结果263.2.4. 实验分析及评价273.3. 自适应中值滤波283.3.1. 基本原理283.3.2. 算法程序303.3.3. 实验结果313.3.4. 结果分析和评价333.3.5. 总结334. 参考文献345. 综述376. 致谢387. 附录：39基于空间平滑的乳腺超声波图像去噪研究摘 要本论文主要以乳腺超声波图像为对象，研究空间平滑去噪。近年来，乳腺疾病在妇女中的发病率越来越高，发病年龄也呈逐渐年轻化的趋势，乳腺超

4、声检查诊断显得越来越重要。但由于超声成像的机理，乳腺超声图像常常带有噪声。因此，针对这些噪声的特性，进一步研究如何抑制这种斑点，保留与增强图像边缘和细节特征，对乳腺疾病的诊断有十分重要的意义。 论文首先对乳腺超声图像成像机理，乳腺超声的去噪和去噪方法的研究现状以及去噪的意义做出介绍，然后对邻域平均滤波、中值滤波、自适应三种经典的空域平滑方法进行研究。最后针对三种经典方法的优缺点，研究了基于阈值的平滑、基于卷积和自适应中值滤波去噪效果。实验证明基于阈值的平滑滤波和自适应中值滤波相比基于阈值的平滑滤波的去噪效果更好，但是这三种滤波都能有效的去除乳腺超声图像的噪声,同时自适应中值滤波能很好地保留图像

5、的细节信息。关键词：空域平滑；中值滤波；邻域平均；自适应滤波；自适应中值滤波英文摘要Based on spatial smoothing of breast ultrasound image denoising researchABSTRCT This thesis mainly focuses on the subject of breast ultrasound images, the spatial smoothing denoising. In recent years, mammary gland disease incidence is higher and higher in w

6、omen, is also a trend of gradually younger onset age, breast ultrasound diagnosis is more and more important. However, due to the mechanism of ultrasonic imaging, breast ultrasound images often contain noise. According to the characteristics of the noise, therefore, further study on how to restrain

7、this kind of spots, retain and enhance image edges and details, has the very vital significance to the diagnosis of breast disease. the features of breast ultrasound images, the neighborhood average filtering, median filtering and adaptive filtering for experimental verification and treatment effect

8、 comparison. Finally based on the advantages and disadvantages of median filtering, focuses on the adaptive median filtering denoising effect and smoothing filter based on threshold and convolution. Experiments prove that based on threshold compared to smooth filtering and adaptive median filter bas

9、ed on threshold of smoothing filtering denoising effect is better, but the three filtering can effectively remove the noise of the breast ultrasound image, at the same time the adaptive median filter can well reserve the detail of the image information. Key words：The airspace is smooth；Median filter

10、ing；The average neighborhood；Adaptive filter；The adaptive median filter39绪论基于空间平滑的乳腺超声波图像去噪研究1. 绪论1.1. 引言据统计，女性常见的恶性肿瘤中，乳腺癌占有非常大的比重，并且乳腺癌的发病率和死亡率在女性疾病中占首位1。据来自欧美国家的统计数据显示，美国女性乳腺癌发病率超12.5%，而欧洲国家女性也超过10%。在中国，乳腺癌的发病率也逐年攀升，并且发病年龄趋于年轻化，迄今为止，它高居为恶性肿瘤疾病发病率的第一位2。 对乳腺癌的早期诊断和治疗，能够减少其侵害，有效地提高乳腺癌的治愈率。据统计，早期原位癌的

11、治愈率为 95%，而晚期的乳腺癌则很难治愈3。然而，早期乳腺癌发病时，通常没有任何症状或者明显的症状，主要是靠辅助特殊检查来诊断疾病。乳腺超声检查作为早期诊断的首选方法，更由于其无创无痛，简单快捷，诊断准确，广泛应用到临床中。但是由于受成像设备的影响，超声图像常常具有斑点噪声、低对比度、不同程度的衰减以及浸润效应等，给临床医生在诊断乳腺疾病上造成了很大的干扰，因此，对于乳腺超声图像去噪的研究对于乳腺疾病临床诊断以及乳腺前期的检查有着极其重要的意义。1.2. 乳腺超声图像的特点与成像机理1.2.1. 乳腺超声图像的特点 女性乳腺主要由乳腺、脂肪组织以及导管等组成，如图 1.1所示。乳腺超声图像一

12、般分为正常组织区域和肿瘤区域，如图1.2所示。其中，正常组织区域包括乳腺组织、脂肪组织和肌肉组织等。病理学上，肿瘤分为良性肿瘤和恶性肿瘤两种4。在超声图像上，良性乳腺肿瘤表现为边缘光滑、有包膜、形态规则、后方回声正常或增强、纵横比小于1等。恶性乳腺肿瘤表现为边缘欠光滑、无包膜、形态不规则、后方回声衰减、纵横比大于1等。 图1.1女性乳腺解剖和结构图 与 MRI 图像、CT 图像和 X 线图像等医学图像相比，乳腺超声图像的分辨率与信噪比处于劣势5。乳腺超声图像的特点如下： (1)由于当连续发射源或非连续发射源发射的超声波投射到粗糙(相对于超声波长尺度)介质表面时，会产生一种结构性与破坏性的回波散

13、射信号，它们在超声影像上形成了乘性的相干斑（speckle）噪声6。这使得超声图像的对比度和分辨率低，造成了临床上医生的诊断困扰。 (2)由于超声图像的成像原理7，乳腺肿瘤的大小、形状及位置差异较大，给肿瘤的辨别带来了困难。图1.2给出了几例乳腺肿瘤超声图像。可以看出，囊肿呈圆形或椭圆形，内部均匀无回声。良性肿瘤形态也比较规则、边缘光滑、内部回声均匀、后方回声增强。恶性肿瘤形态不规则、内部回声欠均匀、后方回声衰减。如图1.3（e）所示，后方衰减区域在灰度和纹理变化上都与肿瘤区域非常相似。在肿瘤的大小方面，第二列中的肿瘤比第一列中的肿瘤大，占据图像的绝大部分。 (3) 各乳腺组织间边界不清晰，特

14、别是肿瘤与周围正常组织间缺乏清晰的边界。如图 1.3（e）和（f）所示，恶性乳腺肿瘤的浸润性使得肿瘤向周围组织区域渗透，边界模糊或缺失。 (4) 图1.2是乳腺超声图像中人体组织的不同层次的勾画，如图1.2所示。其中，皮肤层呈较亮的线性回波，位于图像的最上层。脂肪层通常位于皮肤层的下面。乳腺层通过浅筋膜与脂肪层隔离开来。肌肉层位于图像的最下层。由图可知，乳腺肿瘤仅存在于乳腺层中，因此，处理乳腺超声图像中的噪声影响对于乳腺肿瘤诊断及后期肿瘤的图像分割有着极其重要的作用。 图1.2不同肿瘤类型的乳腺超声图像 (a)良性肿瘤 (b)良性肿瘤 (c)恶性肿瘤 (d)恶性肿瘤 图1.3几幅肿瘤类型不同的乳腺超声图像 (a)囊肿 (b)囊肿 c)良性肿瘤 (d)良性肿瘤 (e)恶性肿瘤 (f)恶性肿瘤 1.2.2. 乳腺超声图像的成像机理乳腺超声图像的成像机理是乳腺结构组织在超声诊断仪的成像机理。超声诊断仪由主机和探头构成，包括发射、扫查、接收、信号处理和显示等五个部分。超声探头，其内部有一组超声换能器，是由一组具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶体具有特殊的性质，就是在晶体特定方向上加上电压，晶体会发生形变，反过来当晶体发生形