【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，属于超声成像。
技术介绍
1、目前，在医疗各个科室，存在多种非侵入式手术医疗设备。这些设备多通过超声，激光，放射性射线等物理手段，将能量精准定位到目标区域靶点上，发生治疗效力。
2、在使用这些设备治疗前，通常先经过基础的前期检查。之后，在选定区域内进行靶点/靶区规划。但现实情况，有相当部分的手术设备，在规划过程中，需要考虑人体呼吸运行造成的靶区实时偏移的问题。因而，这些设备在除了基于结构与系统保证的靶点精准性基础上，还需要对人体呼吸运动能有较好的适应性。一些设备a，发射端服帖在人体表面，能量较低，其治疗效力只发挥至皮肤或者较为浅层的肌肉，呼吸运动的影响可以忽略，如一些美容设备或康复理疗设备。还有部分设备b，依靠操作者对设备的理解，结合医学知识与经验，会有意预留部分空间，保证靶点治疗的安全性，如体外碎石机。有些设备c，增加了外设，用于实时跟踪用户呼吸，动态调整目标区域靶点，从而保证目标区域靶点的安全性，如伽马刀等。
3、由于人体呼吸运动影响的脏器运动是三维动态的。b类设备靠操作者经验，其准确性会根据不同人员的认知，出现差距较大的判定，因而无法保证很高的统一性与安全性。c类设备一般使用拟合与相关性算法将呼吸运动与靶点聚焦位置关联起来，但其呼吸判定一般通过外设检测达成。首先，接入额外的设备，需要提高系统成本。此外，外设的放置方式与系统接入需要特定的方法，有些甚至需要对象固定姿态，因而容易处理不当，从而会对实施结果产生影响。
技术实
1、本专利技术的目的在于提供一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，针对呼吸运动建立安全可靠的靶点空间，并将这种方法运用到超声治疗系统及设备中。
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其包括如下步骤：
3、s1、通过控制超声探头的运动，移动探头到目标区域；
4、s2、控制探头开始按固定角度旋转，每一次旋转后，按设定时间停留，在停留时间内，采集b超图像，并对所获图像进行目标边界识别，以获取单张图像安全靶区的边界；
5、s3、比对同一角度多张图像内容的边界，判定形成当前超声探头视野综合安全区域；
6、s4、在探头完成180度旋转后，组合多个角度的图像中的安全区域，构建出一块三维区域，该区域即为治疗过程中的安全靶区。
7、进一步的，所述步骤s1中，使用探头姿态控制系统，控制超声模块探头移动至目标区域（部分控制器支持手动直接拖曳探头至指定区域，并可保证探头姿态稳定）。通过超声模块探头，可以看到目标区域超声图像。
8、进一步的，所述步骤s2中，设置超声探头初始位置为0°，控制机械臂末端关节进行180°旋转，旋转逻辑为：等分180°，每次旋转固定角度获取超声图像。
9、更进一步的，考虑到数据处理，均匀的图像采集以及三维重建精细度，选择一个粒度角度d，d满足大于机械臂旋转精度，且同时可被180整除两个条件；按d将180°分为c等分，则有：
10、；
11、然后探头控制模块按设置的粒度角度d顺序旋转截取超声图像。考虑到等分与截面的关系，总体控制系统可获取到(c+1)个平面的图像集合，但0°与180°理论上是相同的面，不同的是两者超声成像左右翻转，因而在实际应用中，取c个平面即可。
12、更进一步的，探头按设置的粒度角度d顺序旋转截取超声图像；当探头行进到目标位置时，开始进行超声图像采集，停留时间t，时间t的设置有如下两种方法：
13、自动判定：按照人体呼吸运动周期，设定固定时间间隔，满足可获取3~5个呼吸周期即停止采集；
14、人工判定：总体控制系统一直获取图像直到外部人工通过系统停止采集；
15、同时，在t时间内，按每秒f帧获取图像，并通过超声图像识别模块对超声图像进行图像分割，获取单一图像分割结果，结果为按顺序排列的多边形点集合，不同图像分割内容区分使用不同的标签。
16、更进一步的，所述步骤s3中，一个角度的位置图像采集完成后，可获得该角度下不同标签的多边形边界点集合，之后，在二维平面内，使用裁剪算法按奇偶填充识别图像内外部，求解同类标签多边形的交并集（安全靶区标签可取交集，其他标签取并集）。
17、更进一步的，在边界识别的过程中，理论上识别点越密集，识别区域越精细准确，其三维重建则约精细，目前使用b超图像识别区域提高点密度的方法主要有两种：
18、（1）超声图像分割在超声图像识别模块中实现，超声图像识别模块使用图像分割机器学习方法实现对图像的分割；在超声图像识别模块构建初期，对机器学习数据源进行标定时，使用高密度的点进行标定相关区域边缘，这样使用超声图像识别模块识别出的结果其点密度即会增大；
19、（2）针对超声图像识别模块识别结果，使用动态插值方式在两个给定点中插值，包括使用b样条曲线进行插值。
20、更进一步的，重复执行上述的步骤，直至控制机械臂完成180°旋转。
21、进一步的，所述步骤s4中、在探头完成180度旋转后，已获取到c个平面的安全靶区与非安全靶区多边形点集合，每个平面安全靶区点集合与角度关联；因这些区域是同轴的，所以在此条件下，可建立各个平面的点到三维空间的点映射。
22、更进一步的，建立各个平面的点到三维空间的点映射，具体方法如下：
23、（1）设z轴为探头旋转轴，旋转方向为逆时针，设置第一个平面角度为0°，则该平面与x-z共面；
24、（2）第n套图（n∈[1,c]）的角度α为d*(n-1)，在图像gn平面内，设一个图像点的位置为p(m,n)，图像尺寸固定为（w，h）；因为一般情况下，图像像素点的原点位置为左上角的顶点，且纵向坐标沿图像纵向向下增长。为了计算方便，先将原点移动到图像中心，此时图像纵向（高度方向）与z同轴，然后，纵向坐标翻转。此时，图像原点与三维空间内原点相同且纵向坐标值增长方向相同，见图2。设点p(m,n)转换后的点为p’(m’,n’)，则有：
25、
26、 ；
27、（3）将转换过的点p’(m’,n’)放置在三维空间中，见图3，则有点p(x,y,z)与之对应，其中p点坐标满足：
28、 。
29、更进一步的，完成c个安全靶区的三维点映射后，得到安全区域点云，再使用点云到三维轮廓算法，得到近似的三维重建后的安全靶区。
30、最后，就可依据重建的安三维全靶区，规划非侵入手术区域，通过超声治疗模块进行手术治疗。
31、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
32、（1）本专利技术的三维重建方案针对属于规划阶段安全靶区判定， 针对对象的呼吸运动，建立安全可靠的靶点空间。这种三维空间的建立统一过程，安全可靠，可适应不同体位，同时，减少了外设辅助设备的引入，降低了成本与系统复杂度。...
【技术保护点】
1.一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权要求1所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，所述步骤S2中，设置超声探头初始位置为0°，控制机械臂末端关节进行180°旋转，旋转逻辑为：等分180°，每次旋转固定角度获取超声图像。
3.根据权要求2所述的一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于， 在获取超声图像中，选择一个粒度角度D，D满足大于机械臂旋转精度且同时被180整除两个条件，按D将180°分为C等分，则有：
4.根据权要求3所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，探头按设置的粒度角度D顺序旋转截取超声图像；当探头行进到目标位置时，开始进行超声图像采集，停留时间T，时间T的设置有如下两种方法：
5.根据权要求4所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，所述步骤S3中，一个角度的位置图像采集完成后，获得该角度下不同标签的多边形边界点集合，之后，在二维平面内，使用裁剪算法按奇偶填充识别图像内外部，求解同类标签多边形的交并集。
6.根据权
7.根据权要求6所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，重复执行权利要求3至6中的步骤，直至控制机械臂完成180°旋转。
8.根据权要求1所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，所述步骤S4中、在探头完成180度旋转后，获取到C个平面的安全靶区与非安全靶区多边形点集合，每个平面安全靶区点集合与角度关联；因这些区域是同轴的，在此条件下，建立各个平面的点到三维空间的点映射。
9.根据权要求8所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，建立各个平面的点到三维空间的点映射，具体步骤如下：
10.根据权要求8或9所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，完成C个安全靶区的三维点映射后，得到安全区域点云，再使用点云到三维轮廓算法，得到三维重建后的安全靶区。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权要求1所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，所述步骤s2中，设置超声探头初始位置为0°，控制机械臂末端关节进行180°旋转，旋转逻辑为：等分180°，每次旋转固定角度获取超声图像。
3.根据权要求2所述的一种基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于， 在获取超声图像中，选择一个粒度角度d，d满足大于机械臂旋转精度且同时被180整除两个条件，按d将180°分为c等分，则有：
4.根据权要求3所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，探头按设置的粒度角度d顺序旋转截取超声图像；当探头行进到目标位置时，开始进行超声图像采集，停留时间t，时间t的设置有如下两种方法：
5.根据权要求4所述的基于超声图像的安全靶区三维重建方法，其特征在于，所述步骤s3中，一个角度的位置图像采集完成后，获得该角度下不同标签的多边形边界点集合，之后，在二维平面内，使用裁剪算法按奇偶填充识别图像内外部，求解同类标签多边形的交...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥清，付志超，张恩光，孙家龙，蔡菁，车飞飞，
申请(专利权)人：南京广慈医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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