一种用于超声穿刺引导的超声成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于超声穿刺引导的超声成像方法及装置，具体步骤：预设扫描表和延时序列；按照扫描表和延时序列完成超声的发射和接收，生成最优偏转角度范围扫描表和对应的延时序列；按照扫描表和最优偏转角度范围对应的延时序列完成超声的发射和接收，生成最优偏转角度扫描表和对应的延时序列；按照扫描表和最优偏转角度对应延时序列完成超声的发射和接收，获取偏转原始图像数据和垂直原始图像数据，并对所获取的原始图像数据进行空间复合，经对数压缩后得到空间复合后的显示图像，实现穿刺针的增强显示。本发明专利技术在不改变传统超声穿刺引导装置方法的基础上，仅修正扫描表和延时序列并更改空间复合策略，来实现成像质量的提升和计算效率的提升。升和计算效率的提升。升和计算效率的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种用于超声穿刺引导的超声成像方法及装置


[0001]本专利技术涉及到超声成像与临床应用交叉
，具体涉及一种用于超声穿 刺引导的超声成像方法及装置。

技术介绍

[0002]超声引导穿刺在临床检查、治疗等领域应用广泛，而在超声引导穿刺中超声 成像质量对于穿刺引导具有非同寻常的重要意义。但是超声波会在人体内反射， 折射和衰减，所以探头发射的超声波只有一部分能够反射回超声探头并经过波束 合成形成B型超声图像。而超声穿刺引导所用的B型超声图像特别要求在图像 中穿刺针能够突出显示，但如果反射回来的声波太少，强度太弱，在超声图像对 比度降低，图像中的穿刺针和周围组织难以区分，从而则势必造成超声穿刺过程 中对穿刺针位置的判断失误，并进而对穿刺的准确性造成影响。
[0003]针对超声声波衰减造成的组织成像所需信号随传输距离逐渐衰减这一固有 问题，时间增益补偿(TGC)被引入到了超声成像数据处理当中，即在数据处理 时，根据声学衰减特性，对远端回波信号进行预设倍率的放大补偿。但在超声引 导穿刺这一特定应用中，穿刺针往往贯穿整个扫描深度且具有以反射为主的、不 同于周围组织的声学特性，另外，穿刺针的角度随穿刺部位、医生手法经验等多 重因素影响很难做到标准、可重复的穿刺针位置放置。故利用常规的TGC方法 很难获得穿刺针灰度均一，且灰度高于周围组织的理想成像状态。
[0004]传统的超声探头更多的是实现超声信号的垂直发射和垂直接收，但对于某些 与超声阵元排列方向倾斜的声波强反射物体，采用常规成像方法则有部分信号丢 失，即无法接收到部分组织反射信号的风险，尽管超声波的偏转发射是可行的， 但是，偏转发射获得的图像实际上的成像范围在探头方向偏转了一定角度，并不 符合用户通常的观察习惯，需要对垂直发射和偏转发射得到的图像进行合成，而 在穿刺流程中，穿刺针与人体表面所成的角度受多方面因素影响，难以量化为一 个有效的固定角度甚至是一个固定角度范围。也就是说，超声穿刺因缺乏对偏转 目标的角度信息，难以采用经典的空间复合方法来对偏转方向上的穿刺针增强显 示。
[0005]图1给出了一种用于穿刺引导的空间复合超声成像探头超声发射方式，即在 传统空间复合方法基础上，使用多个偏转角度完成空间复合。从理论上来讲，这 种方法是可行的。但是，该方法由于需要对扫描面进行多次超声发射接收、再运 用多帧复合算法合成超声图像，则将大大降低超声成像帧率，且超声成像帧率随 采用的感兴趣角度个数增加而降低。考虑到超声穿刺引导对成像帧率的要求，有 部分厂商仅选取2、3个可能的角度进行偏转发射，并优化算法计算流程，采用 专有计算硬件进行数据处理，能够勉强获得满足超声穿刺扫描应用需求的超声产 品。但是如果穿刺角度与机器内置的几个偏转发射角度相差较大，这样的方法获 取的超声穿刺图像仍有无法看清穿刺针的风险。
[0006]在超声穿刺引导领域，便携式超声往往更受临床医师青睐：一方面是便携式 超声
设备价格低廉，易于临床科室开展使用；另一方面是相较于大型设备，便携 式超声设备小巧易用，功能专一性强。但便携式超声的本身特性决定了其所携带 的计算硬件规模无法与大型设备相比。因此，在便携式超声设备中若要保证超声 穿刺引导的图像清晰还需要设计在理论上计算量更小的优化图像处理方案，同时 该方案也要解决现有技术中部分特殊情况下穿刺针不可见的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术或增加计算代价或降低成像帧率，且存在图像质量降低 风险的固有缺陷，提出一种用于超声穿刺引导的超声成像方法及装置，在保证成 像质量的同时，降低成像计算代价。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种用于超声穿刺引导的超声成像方法，具体步骤为：
[0010]步骤1：预设扫描表和延时序列，所述扫描表的左侧部分用于形成可视化图 像用于显示，右侧部分的扫描表用于实现多个固定位置的多角度扫描线发射；
[0011]步骤2：超声设备按照预设的扫描表和延时序列完成超声的发射和接收，获 取第一帧显示图像和最优的偏转发射角度范围，生成最优偏转角度范围扫描表和 对应的延时序列；
[0012]步骤3：超声设备按照预设的扫描表和最优偏转角度范围对应的延时序列控 制通道完成超声的发射和接收，获取第二帧显示图像和最优偏转角度，生成最优 偏转角度扫描表和对应的延时序列；
[0013]步骤4：超声设备按照扫描表的左侧部分和最优偏转角度对应延时序列控制 通道完成超声的发射和接收，获取偏转原始图像数据和垂直原始图像数据，并对 所获取的原始图像数据进行空间复合，并经对数压缩后得到空间复合后的显示图 像，实现穿刺针的增强显示。
[0014]进一步地，在步骤2中，具体步骤为：
[0015]步骤2.1：按照扫描表的左侧部分对扫描线实施正常垂直发射、不加延时进 行超声发射/接收，再按照扫描表的右侧部分的固定位置阵元扫描线根据预先设置 的扫描延时序列进行超声偏转发射/接收；
[0016]步骤2.2：对正常发射接收的扫描线进行超声图像数据处理、对数压缩，形 成第一帧显示图像；
[0017]步骤2.3：对偏转发射接收的扫描线进行超声图像数据处理，按照不同偏转 角度分组，进行最优偏转角度范围分析；若无法找到最优偏转角度范围，则返回 步骤2.1；否则生成最优偏转角度范围扫描表和对应的延时序列。
[0018]进一步地，在步骤2.3中，分析最优偏转角度范围的方法为：
[0019]步骤2.3.1：以多条不同位置但延时设置相同的扫描线为一组对扫描线原始数 据进行分组；
[0020]步骤2.3.2：对每个扫描组中每一条扫描线像素求灰度最大值；
[0021]步骤2.3.3：按照扫描序列对应的实际空间位置将每一扫描组中灰度最大值对 应坐标点映射到真实坐标系中，
[0022]映射公式为：
[0023]x＝x0+nr
·
sinθ
[0024]y＝nr
·
cosθ
[0025]其中x,y表示真实世界的横纵坐标，x0表示当前扫描线原点在真实世界中的 位置，n表示最大值点在当前扫描线序列的位置，r表示为扫描线的纵向分辨率， θ为扫描偏转角度；
[0026]步骤2.3.4：根据不同的分组，分别检验该组中多个位置坐标是否共线，统计 共线的数据分组；若所有分组中没有共线的位置坐标，则不存在最优角度范围， 重复步骤2.1，否则将进入下一步骤；
[0027]步骤2.3.5：统计共线的角度分组，并计算共线的倾斜角角度；
[0028]步骤2.3.6：去除像素灰度较低、倾斜角过大过小的扫描线组；
[0029]步骤2.3.7：将各组倾斜角映射到固定范围内；
[0030]步骤2.3.8：多组数据进行最优倾斜角度投票，得到最优偏转角度范围。
[0031]进一步地，在步骤3中，具体步骤为：
[0032]步骤3.1：按照扫描表左侧部分对扫描线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超声穿刺引导的超声成像方法，其特征在于：具体步骤为：步骤1：预设扫描表和延时序列，所述扫描表的左侧部分用于形成可视化图像用于显示，右侧部分的扫描表用于实现多个固定位置的多角度扫描线发射；步骤2：超声设备按照预设的扫描表和延时序列完成超声的发射和接收，获取第一帧显示图像和最优的偏转发射角度范围，生成最优偏转角度范围扫描表和对应的延时序列；步骤3：超声设备按照预设的扫描表和最优偏转角度范围对应的延时序列控制通道完成超声的发射和接收，获取第二帧显示图像和最优偏转角度，生成最优偏转角度扫描表和对应的延时序列；步骤4：超声设备按照扫描表的左侧部分和最优偏转角度对应延时序列控制通道完成超声的发射和接收，获取偏转原始图像数据和垂直原始图像数据，并对所获取的原始图像数据进行空间复合，并经对数压缩后得到空间复合后的显示图像，实现穿刺针的增强显示。2.根据权利要求1所述的用于超声穿刺引导的超声成像方法，其特征在于：在步骤2中，具体步骤为：步骤2.1：按照扫描表的左侧部分对扫描线实施正常垂直发射、不加延时进行超声发射/接收，再按照扫描表的右侧部分的固定位置阵元扫描线根据预先设置的扫描延时序列进行超声偏转发射/接收；步骤2.2：对正常发射接收的扫描线进行超声图像数据处理、对数压缩，形成第一帧显示图像；步骤2.3：对偏转发射接收的扫描线进行超声图像数据处理，按照不同偏转角度分组，进行最优偏转角度范围分析；若无法找到最优偏转角度范围，则返回步骤2.1；否则生成最优偏转角度范围扫描表和对应的延时序列。3.根据权利要求2所述的用于超声穿刺引导的超声成像方法，其特征在于：在步骤2.3中，分析最优偏转角度范围的方法为：步骤2.3.1：以多条不同位置但延时设置相同的扫描线为一组对扫描线原始数据进行分组；步骤2.3.2：对每个扫描组中每一条扫描线像素求灰度最大值；步骤2.3.3：按照扫描序列对应的实际空间位置将每一扫描组中灰度最大值对应坐标点映射到真实坐标系中，映射公式为：x＝x0+nr
·
sinθy＝nr
·
cosθ其中x,y表示真实世界的横纵坐标，x0表示当前扫描线原点在真实世界中的位置，n表示最大值点在当前扫描线序列的位置，r表示为扫描线的纵向分辨率，θ为扫描偏转角度；步骤2.3.4：根据不同的分组，分别检验该组中多个位置坐标是否共线，统计共线的数据分组；若所有分组中没有共线的位置坐标，则不存在最优角度范围，重复步骤2.1，否则将进入下一步骤；步骤2.3.5：统计共线的角度分组，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文平，陈萱蕤，王权泳，李俊威，吴哲，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：