一种基于分布式超声容积数据的成像方法技术

一种基于分布式超声容积数据的成像方法，包括下述步骤：分布式探头阵列对人体被测部位进行扫描，获得各探头阵列扫描得到的容积数据；确定相邻容积数据之间的重叠区域；设置第二个至第n个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数；根据几何关系参数计算第二个至第n个探头阵列变换后的容积数据；计算变换后容积数据重叠区域的互相关值；当互相关值大于或等于预设值时，将第一个探头阵列的容积数据与其它探头阵列变换后的容积数据合并，得到重建后的超声容积数据，并形成超声图像。本发明专利技术能够快速获取超声容积数据，进行三维重建并形成超声图像，而且允许分布式探头阵列在扫描时有一定的形变，可对表面形状较为复杂的人体部位进行检查。

An imaging method based on distributed ultrasonic volume data

An imaging method based on distributed ultrasound volume data includes the following steps: scanning the measured part of the human body with distributed probe array to obtain the volume data obtained by scanning each probe array; determining the overlap area between adjacent volume data; setting up the calibration of the volume data of the second to the nth probe array. What are the relationship parameters? Calculate the volume data of the second to the nth probe array according to the geometric relationship parameters; Calculate the cross-correlation value of the overlapping area of the transformed volume data; When the cross-correlation value is greater than or equal to the preset value, merge the volume data of the first probe array with the volume data of other probe arrays after transformation. The reconstructed volume data and ultrasound images were obtained. The invention can quickly acquire ultrasonic volume data, carry out three-dimensional reconstruction and form ultrasonic images, and allow distributed probe array to deform in scanning, and can inspect human body parts with complex surface shape.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式超声容积数据的成像方法
本专利技术涉及超声检查方法，具体涉及一种基于分布式超声容积数据的成像方法。
技术介绍
传统的超声扫查，医生采用手持探头的方式对病人进行扫查，扫查过程依赖医生的操作和经验，且形成的超声数据序列由于物理位置信息的缺失以及空间采样的混乱，无法准确进行三维重建以及后处理多角度获取切面图像。现有的超声扫查设备基本采用单探头阵列方式，探头阵列的运动方式基本为直线或来回“弓”字形折线，探头阵列中心点的运动轨迹基本为直线或在同一平面上。采用上述单探头阵列方式，难以一次性完成人体不平坦部位的超声数据采集。以扫查甲状腺为例，人的颈前部呈弧状且个体差异很大，现有的单探头阵列方式，探头阵列无法很好地贴合整个颈前部，最终采集的超声数据只能呈现部分甲状腺的图像，而如果采用多次采集的方式，则会极大影响工作效率，增加医生的操作负担，而且多次采集所获取的超声数据序列如何重建也是个难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于分布式超声容积数据的成像方法，采用方法能够快速获取超声容积数据，进行三维重建并形成超声图像，且允许分布式探头阵列在扫描时有一定的形变。采用的技术方案如下：一种基于分布式超声容积数据的成像方法，其特征在于：用于超声容积数据采集的扫查装置包括分布式探头阵列以及能够驱动分布式探头阵列沿设定方向移动的扫查运动机构；分布式探头阵列由n个依次排列的探头阵列组成，n为≥2的整数；形成超声图像的步骤包括：（1）安放扫查装置，使各探头阵列与人体被测部位的表面接触；（2）在控制系统控制下，扫查运动机构驱动分布式探头阵列沿设定方向自起始端向终止端移动，分布式探头阵列在移动过程中对人体被测部位进行扫描；分布式探头阵列中，相邻两个探头阵列的扫描区域存在重叠部分；（3）在分布式探头阵列移动的过程中，各探头阵列将获得的超声扫描数据传输给控制系统，同时控制系统实时获取与超声扫描数据对应的空间位置参数，从而得到分布式探头阵列中各探头阵列扫描得到的容积数据，各探头阵列扫描得到的容积数据依次记为V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)；探头阵列扫描得到的容积数据包括该探头阵列的超声扫描数据以及对应的探头阵列空间位置参数；分布式探头阵列中相邻两个探头阵列的容积数据存在重叠区域；（4）查找并确定相邻两个探头阵列扫描得到的容积数据之间的重叠区域（4-1）将各个容积数据V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)，按照超声激励的发射波长λ和超声激励的波形的周期数NF分别分割为多个边长为NFλ/2的正方体；（4-2）计算各个容积数据中每个正方体内的超声扫描数据的均值；（4-3）使相邻两个容积数据相向平移，将这两个容积数据逐步进行重叠；进行重叠时，相邻两个容积数据相互重叠部分中所含的正方体一一对应成对，此时计算各对正方体均值之间的差值，并进一步计算并记录所有差值平方的平均值，以所有差值平方的平均值作为确定重叠区域的基准；将每一步重叠所获得的所有差值平方的平均值与前一步重叠所获得的所有差值平方的平均值进行比较；当发现某一步重叠所获得的所有差值平方的平均值比前一步重叠及后一步重叠所获得的所有差值平方的平均值都小时，确定该步重叠时两个容积数据相互重叠部分为这两个容积数据之间的重叠区域；各重叠区域依次记为Ω1、Ω2……Ωn-1（其中重叠区域Ω1为容积数据V1(r,θ)与V2(r,θ)之间的重叠区域，重叠区域Ω2为容积数据V2(r,θ)与V3(r,θ)之间的重叠区域，……重叠区域Ωn-1为容积数据Vn-1(r,θ)与Vn(r,θ)之间的重叠区域）；（5）以第一个重叠区域Ω1作为基准，设置第二个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(r1,θ1)；以第二个重叠区域Ω2作为基准，设置第三个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(r2,θ2)；以此类推，以第（n-1）个重叠区域Ωn-1作为基准，设置第n个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(rn-1,θn-1)；（6）第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)保持不变；根据几何关系参数计算其它探头阵列变换后的容积数据，依次为V2'=V2(r-r1,θ-θ1)、V3'=V3(r-r2,θ-θ2)……Vn'=Vn(r-rn-1,θ-θn-1)；（7）根据步骤（4）确定的重叠区域，计算变换后容积数据重叠区域的互相关值（即V1(r,θ)与V2'之间的重叠区域的互相关值，V2'与V3'之间的重叠区域的互相关值，……Vn-1'与Vn'之间的重叠区域的互相关值）；（8）若步骤（7）得到的互相关值大于或等于预设值，则进行下一步骤（9）；否则更新几何关系参数后（即更新(r1,θ1)、(r2,θ2)……(rn-1,θn-1)的数值），重新进行步骤（6）和（7）；（9）根据得到的各个容积数据的几何关系参数，将第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)与其它探头阵列变换后的容积数据V2'=V2(r-r1,θ-θ1)、V3'=V3(r-r2,θ-θ2)……Vn'=Vn(r-rn-1,θ-θn-1)合并，得到重建后的超声容积数据；（10）根据重建后的超声容积数据进行超声容积成像，形成超声图像。上述分布式探头阵列沿设定方向自起始端向终止端移动结束后，即可完成一次扫描，获得人体被测部位的超声容积数据。分布式探头阵列与人体被测部位的形状及尺寸相吻合。分布式探头阵列沿设定方向自起始端向终止端移动时，分布式探头阵列的扫描区域可对人体被测部位形成全面覆盖，避免造成漏检。分布式探头阵列的具体移动方向可根据人体被测部位的形状以及工作场合决定，例如，对甲状腺进行扫查时分布式探头阵列自下至上扫描或自上至下扫描，也可以自左至右扫描或自右至左扫描。上述分布式探头阵列中，相邻两个探头阵列的扫描区域存在重叠部分，这样可以避免探头阵列与探头阵列之间的组合空隙所产生的采集盲区，并为三维重建提供基础。具体方案中，可以单独设置某个探头阵列进行“梯形成像”（即扫描区域的截面呈梯形），或同时设置所有探头阵列都进行“梯形成像”，使相邻两个探头阵列的扫描区域存在重叠部分。为了使探头阵列更好地贴合人体被测部位并且进行扫查，分布式探头阵列中的各探头阵列应根据人体被测部位的外表轮廓设置。例如：（1）分布式探头阵列由两个线形探头阵列组成（两个线形探头阵列长度可相同或不同），两个探头阵列呈八字形设置；（2）分布式探头阵列由三个线形探头阵列组成（三个线形探头阵列长度可相同或互不相同）；（3）分布式探头阵列由两个凹形探头阵列组成，两个探头阵列大致呈八字形设置；（4）分布式探头阵列由两个凸形探头阵列组成，两个探头阵列大致呈八字形设置；（5）分布式探头阵列由不同形状的多个探头阵列组成，例如由一个线形探头阵列和一个凹形探头阵列组成。分布式探头阵列中各探头阵列可处于同个平面，也可处于不同平面。多个探头阵列组合成一定形状的分布式探头阵列后，可通过手动录入、编码器、传感器等方式将空间位置参数的初始值输入给控制系统。在分布式探头阵列移动过程中，可通过编码器、传感器等将空间位置参数的实时值输入给控制系统。控制系统可预设各探头阵列的超声工作参数以及超声扫描序列，在扫查运动机构驱动分布式探头阵列移动的时候，分布式探头阵列按预设的超声工作参数以及超声扫描序列进行超声电子扫描。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式超声容积数据的成像方法，其特征在于：用于超声容积数据采集的扫查装置包括分布式探头阵列以及能够驱动分布式探头阵列沿设定方向移动的扫查运动机构；分布式探头阵列由n个依次排列的探头阵列组成，n为≥2的整数；形成超声图像的步骤包括：（1）安放扫查装置，使各探头阵列与人体被测部位的表面接触；（2）在控制系统控制下，扫查运动机构驱动分布式探头阵列沿设定方向自起始端向终止端移动，分布式探头阵列在移动过程中对人体被测部位进行扫描；分布式探头阵列中，相邻两个探头阵列的扫描区域存在重叠部分；（3）在分布式探头阵列移动的过程中，各探头阵列将获得的超声扫描数据传输给控制系统，同时控制系统实时获取与超声扫描数据对应的空间位置参数，从而得到分布式探头阵列中各探头阵列扫描得到的容积数据，各探头阵列扫描得到的容积数据依次记为V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)；探头阵列扫描得到的容积数据包括该探头阵列的超声扫描数据以及对应的探头阵列空间位置参数；分布式探头阵列中相邻两个探头阵列的容积数据存在重叠区域；（4）查找并确定相邻两个探头阵列扫描得到的容积数据之间的重叠区域（4‑1）将各个容积数据V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)，按照超声激励的发射波长λ和超声激励的波形的周期数NF分别分割为多个边长为NFλ/2的正方体；（4‑2）计算各个容积数据中每个正方体内的超声扫描数据的均值；（4‑3）使相邻两个容积数据相向平移，将这两个容积数据逐步进行重叠；进行重叠时，相邻两个容积数据相互重叠部分中所含的正方体一一对应成对，此时计算各对正方体均值之间的差值，并进一步计算并记录所有差值平方的平均值，以所有差值平方的平均值作为确定重叠区域的基准；将每一步重叠所获得的所有差值平方的平均值与前一步重叠所获得的所有差值平方的平均值进行比较；当发现某一步重叠所获得的所有差值平方的平均值比前一步重叠及后一步重叠所获得的所有差值平方的平均值都小时，确定该步重叠时两个容积数据相互重叠部分为这两个容积数据之间的重叠区域；各重叠区域依次记为Ω1、Ω2……Ωn‑1；（5）以第一个重叠区域Ω1作为基准，设置第二个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(r1,θ1)；以第二个重叠区域Ω2作为基准，设置第三个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数 (r2,θ2)；以此类推，以第（n‑1）个重叠区域Ωn‑1作为基准，设置第n个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(rn‑1,θn‑1)；（6）第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)保持不变；根据几何关系参数计算其它探头阵列变换后的容积数据，依次为V2' =V2(r‑r1,θ‑θ1)、V3' =V3(r‑r2,θ‑θ2) ……Vn' =Vn(r‑ rn‑1,θ‑θn‑1)；（7）根据步骤（4）确定的重叠区域，计算变换后容积数据重叠区域的互相关值；（8）若步骤（7）得到的互相关值大于或等于预设值，则进行下一步骤（9）；否则更新几何关系参数后，重新进行步骤（6）和（7）；（9）根据得到的各个容积数据的几何关系参数，将第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)与其它探头阵列变换后的容积数据V2' =V2(r‑r1,θ‑θ1)、V3' =V3(r‑r2,θ‑θ2) ……Vn' =Vn(r‑ rn‑1,θ‑θn‑1)合并，得到重建后的超声容积数据；（10）根据重建后的超声容积数据进行超声容积成像，形成超声图像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式超声容积数据的成像方法，其特征在于：用于超声容积数据采集的扫查装置包括分布式探头阵列以及能够驱动分布式探头阵列沿设定方向移动的扫查运动机构；分布式探头阵列由n个依次排列的探头阵列组成，n为≥2的整数；形成超声图像的步骤包括：（1）安放扫查装置，使各探头阵列与人体被测部位的表面接触；（2）在控制系统控制下，扫查运动机构驱动分布式探头阵列沿设定方向自起始端向终止端移动，分布式探头阵列在移动过程中对人体被测部位进行扫描；分布式探头阵列中，相邻两个探头阵列的扫描区域存在重叠部分；（3）在分布式探头阵列移动的过程中，各探头阵列将获得的超声扫描数据传输给控制系统，同时控制系统实时获取与超声扫描数据对应的空间位置参数，从而得到分布式探头阵列中各探头阵列扫描得到的容积数据，各探头阵列扫描得到的容积数据依次记为V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)；探头阵列扫描得到的容积数据包括该探头阵列的超声扫描数据以及对应的探头阵列空间位置参数；分布式探头阵列中相邻两个探头阵列的容积数据存在重叠区域；（4）查找并确定相邻两个探头阵列扫描得到的容积数据之间的重叠区域（4-1）将各个容积数据V1(r,θ)、V2(r,θ)……Vn(r,θ)，按照超声激励的发射波长λ和超声激励的波形的周期数NF分别分割为多个边长为NFλ/2的正方体；（4-2）计算各个容积数据中每个正方体内的超声扫描数据的均值；（4-3）使相邻两个容积数据相向平移，将这两个容积数据逐步进行重叠；进行重叠时，相邻两个容积数据相互重叠部分中所含的正方体一一对应成对，此时计算各对正方体均值之间的差值，并进一步计算并记录所有差值平方的平均值，以所有差值平方的平均值作为确定重叠区域的基准；将每一步重叠所获得的所有差值平方的平均值与前一步重叠所获得的所有差值平方的平均值进行比较；当发现某一步重叠所获得的所有差值平方的平均值比前一步重叠及后一步重叠所获得的所有差值平方的平均值都小时，确定该步重叠时两个容积数据相互重叠部分为这两个容积数据之间的重叠区域；各重叠区域依次记为Ω1、Ω2……Ωn-1；（5）以第一个重叠区域Ω1作为基准，设置第二个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(r1,θ1)；以第二个重叠区域Ω2作为基准，设置第三个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(r2,θ2)；以此类推，以第（n-1）个重叠区域Ωn-1作为基准，设置第n个探头阵列的容积数据校准的几何关系参数(rn-1,θn-1)；（6）第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)保持不变；根据几何关系参数计算其它探头阵列变换后的容积数据，依次为V2'=V2(r-r1,θ-θ1)、V3'=V3(r-r2,θ-θ2)……Vn'=Vn(r-rn-1,θ-θn-1)；（7）根据步骤（4）确定的重叠区域，计算变换后容积数据重叠区域的互相关值；（8）若步骤（7）得到的互相关值大于或等于预设值，则进行下一步骤（9）；否则更新几何关系参数后，重新进行步骤（6）和（7）；（9）根据得到的各个容积数据的几何关系参数，将第一个探头阵列的容积数据V1(r,θ)与其它探头阵列变换后的容积数据V2'=V2(r-r1,θ-θ1)、V3'=V3(r-r2,θ-θ2)……Vn'=Vn(r-rn-1,θ-θn-1)合并，得到重建后的超声容积数据；（10）根据重建后的超声容积数据进行超声容积成像，形成超声图像。2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征是：步骤（8）中，互相关值的预设值设为0.98。3.根据权利要求1或2所述的成像方法，其特征是：所述扫查装置采用纵向扫查装置，纵向扫查装置包括分布式探头阵列、纵向平移座、探头阵列安装架和能够驱动纵向平移座纵向移动的扫查运动机构；分布式探头阵列包括横向排列的多个探头阵列，这多个探头阵列均安装在探头阵列安装架上，探头阵列安装架安装在纵向平移座上；扫查运动机构的动力输出端连接纵向平移座；扫查运动机构包括用于检测分布式探头阵列的纵向位置信息的纵向编码器；各探头阵列上分别安装有一个陀螺仪；在分布式探头阵列纵向移动的过程中，纵向编码器将检测到的分布式探头阵列的纵向位置信息传输给控制系统，陀螺仪将检测到的探头阵列的位置信息传输给控制系统。4.根据权利要求3所述的成像方法，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：范列湘，杨金耀，余炎雄，蔡泽杭，
申请(专利权)人：汕头市超声仪器研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44