用於增強超聲成像中針可視化的方法與裝置的製作方法
2023-12-07 08:57:51 1
專利名稱：用於增強超聲成像中針可視化的方法與裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲成像技術，特別是涉及一種圖像制導應用中增強超聲圖像中的針可視化的方法與裝置。
背景技術：
在許多醫療應用中，需要使用醫療器件超聲制導，以便將各種類型的侵入式醫療器件，例如針吸和活檢穿刺針等，制導到患者體內的特定目標。制導能夠簡化這樣的工序， 使得它們更安全和更快速地進行。為了最有效地將針可視化，需要使用垂直於針方向的廣角掃描幀，以獲得來自針的最大回聲。為此，一般使用諸如B型導向這樣的普通方法，但該方法在直接複合廣角幀時會引入偽像。因此，需要有一種在進行幀複合之前，能夠增強廣角幀中的針信號的同時，抑制偽像和組織信號的方法與裝置。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術存在的缺陷，提供一種能夠抑制偽像和組織信號同時增強針信號的方法與裝置。為了實現這一目的，本發明所採取的技術方案如下。按照本發明實施例的第一方面，提供一種用於增強超聲成像中針可視化的方法， 包括調整步驟，用於調低針幀的總增益；以及映射步驟，用於對針幀進行非線性映射；其中所述非線性映射設置成使得強的信號經過映射後更強而弱的信號經過映射後更弱。按照一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的方法還可包括增強步驟， 用於對針幀進行邊緣增強濾波。按照再一個實施例，在所述增強步驟中，定義沿平均針方向具有非零係數的濾波器模板，然後在針幀與濾波器模板之間進行互相關。按照另一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的方法還可包括取閾值步驟，對於針幀中的每一個像素點，如果其關聯值小於預定閾值，則將其置為零。按照又一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的方法還可包括控制步驟，用於對均勻的針亮度沿深度進行時間增益控制。按照再另一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的方法還可包括配置步驟，用於對針幀傳輸頻率、接收均衡濾波、線密度、和/或焦點帶位置進行不同配置，以得到具有最小偽像的針圖像。按照再又一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的方法還包括填充步驟，利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充針幀線性射束分布遺漏區域。優選的是， 在一個實施例中，給不同轉向角的射束施加不同的增益以補償每個射束自針的不同反射效
: O按照本發明實施例的第二方面，還是提供一種用於增強超聲成像中針可視化的方法，包括濾波步驟，利用各向異性濾波器對針的廣角圖像進行濾波，以去除噪聲同時保留邊緣信息；檢測步驟，用於檢測圖像邊緣；變換步驟，用於對檢測的圖像進行霍夫變換；確定步驟，利用霍夫變換結果確定平行線；以及生成步驟，用於生成模式矩陣，並用1填充平行線之間的區域，其餘區域填充為0。按照本發明實施例的第三方面，提供一種用於增強超聲成像中針可視化的裝置， 包括調整模塊，用於調低針幀的總增益；以及映射模塊，用於對針幀進行非線性映射；其中所述映射模塊配置成進行非線性映射後使得強的信號更強而弱的信號更弱。按照一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的裝置還可包括增強模塊， 用於對針幀進行邊緣增強濾波。按照再一個實施例，所述增強模塊用於定義沿平均針方向具有非零係數的濾波器模板，然後將針幀與濾波器模板進行互相關。按照另一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的裝置還可包括取閾值模塊，對於針幀中的每一個像素點，如果其關聯值小於預定閾值，則將其置為零。按照又一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的裝置，還可包括控制模塊，用於對均勻的針亮度沿深度進行時間增益控制。按照再另一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的裝置還可包括配置模塊，用於對針幀傳輸頻率、接收均衡濾波、線密度、和/或焦點帶位置進行不同配置，以增強具有最小偽像的針圖像。按照再又一個實施例，所述用於增強超聲成像中針可視化的裝置還可包括填充模塊，利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充針幀線性射束分布遺漏的區域。按照本發明實施例的第四方面，提供一種超聲成像制導系統，包括按照本發明實施例的第三方面的用於增強超聲成像中針可視化的裝置。按照本發明實施例的方法與裝置，能夠有效地使針顯著，而幾乎不使圖像質量退化，不需要額外的硬體或硬體改動，有助於改進針制導工序的工作流程。下面將結合附圖並通過實施例對本發明進行具體說明，其中相同或基本相同的部件採用相同的附圖標記指示。
圖1是應用了按照本發明實施例的用於增強超聲成像中針可視化方法的超聲成像過程示意圖；圖2是按照一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化方法的示意性流程圖；圖3是說明按照一個實施例的對針幀進行邊緣增強方法的示意圖；圖4是按照一個實施例的非線性映射的示意圖；圖5是用於組織幀的線性射束分布示意圖；圖6是用於針幀的線性射束分布示意圖；圖7是說明使用線性射束獲得的圖像複合之後出現針信息遺失的示意圖；圖8是按照一個實施例的利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充遺漏區域的示意圖；圖9是按照一個實施例的沒有遺漏針信息的複合幀示意圖；圖10是按照另一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化方法的示意性流程圖；圖11是按照一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化裝置的示意圖；圖12是按照另一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化裝置的示意圖。
具體實施例方式針是一種高反射物體，當掃描角度垂直或基本垂直於針的角度時，針在超聲圖像中是顯著的。然而，在後處理中，要區分針與正常組織是很困難的，這是因為圖像數據一般被壓縮到了 8位。如果將這種針幀與正常組織的幀直接進行複合，將會引入由柵瓣和退化的組織圖像與強的針信號一起產生的偽像。因此，關鍵是要在複合之前增強廣角幀中的針信號的同時，抑制偽像和組織信號。如圖1所示，按照本發明實施例的方法，是在對組織幀 (框100)和針幀(框10 進行複合(框106)之前，先對針幀進行幅度和空間處理(框 104)，最後可得到針可視化增強的圖像(框108)。如圖2所示，是按照一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化方法的流程圖， 主要包括調整步驟208和映射步驟212 ；在其他實施例中，還可選地包括填充步驟200、配置步驟202、增強步驟204、取閾值步驟206、和/或控制步驟210。下面對這些步驟分別進行具體說明。採集組織數據的一個或多個幀以及針數據的一個或多個幀。可以將組織幀配置成使組織圖像質量最佳。組織幀可以包括例如一般的B型成像的直線幀，或者一般在空間複合中實現的多重幀，例如具有-15度、0度和15度轉向角的幀。針幀是一種具有大的轉向角的幀，以便射束的方向垂直於或者接近垂直於針的方向，例如轉向角可以是45度。同時，針幀也可以是多角度幀的合成幀。因為醫生入針的角度在不同應用中是不同的，針幀的波束入射方向與針的方向垂直時，能得到最佳效果，所以可以利用多角度掃查來複合得到針幀，如25度和45度，將這兩幀直接複合得到針幀。針幀可以進行不同配置，以最大地增強帶有最小偽像的針圖像(步驟20幻。不同的配置可以包括傳輸頻率、接收均衡濾波、線密度、焦點帶位置等。為了得到更好的圖像質量以及使用更少的資源，針幀成像可以被配置成與組織幀不同。例如，降低成像頻率以提高發送元件的方向性，由此提高圖像質量同時抑制柵瓣。這可以通過發送低頻波形或者降低接收帶通濾波器的中心頻率來實現。作為選擇，可以使用諧波成像以減少柵瓣。其他配置也可以改變，例如為了獲得更好的幀率可以減少發射焦點帶的數量。而且，由於頻率降低，用於構建B型幀的射束數量可以減少，以進一步提高幀率。此外，可以進一步處理針幀，以增強針並抑制組織和偽像。按照一個實施例的方法可基於幅度信息或空間信息或其組合，來對針幀進行處理。幅度處理可包括增益調整、放大、取閾值、以及非線性映射等。空間處理可以包括各向異性平滑、通過與模板交叉關聯進行邊緣增強等。經處理的針幀與組織幀複合後，可以形成最終的增強圖像。這種複合可以利用算術平均、最大檢測等來實現。在一個實施例中，組織幀由三個規則轉向角的幀組成，即-15度、0度和15度。針幀具有45度轉向角或者將多個廣角度掃查幀進行複合得到針幀。其中邊緣增強是對針幀進行邊緣增強濾波(步驟204)，按照一個實施例的邊緣增強方法如下所述。定義沿平均針方向具有非零係數的濾波器模板，在針幀與模板之間進行互相關。結果，針被增強，而其他組織信號和偽像被抑制。另外，可以對作為結果的數據取閾值(步驟206)，以進一步抑制非針信號。如圖3 所示，EE濾波器模板與針幀做卷積。對針幀中坐標為(x，y)的每一個點I (x，y)，如果其關聯值小於預定閾值 threshold，即 sum(I ⑴ *EE ⑴)/sum(I ⑴)< threshold，則 I (x，y)被置為0。其中預定閾值threshold是一種經驗值，可通過實驗來確定，在區間
之間，一般選取0.4。然後，還可以調整針幀的總增益(步驟208)，即降低針數據的總增益。由於針幀中的針信號十分強，降低增益進一步抑制組織/偽像而同時能維持較好的針信號強度。可選地，可將時間增益控制(TGC)沿深度應用於均勻的針亮度(步驟210)。接下來，可施加非線性映射以增強針並抑制組織/偽像(步驟212)。非線性映射可設計成使得強的信號(來自針)更強，弱的信號(來自組織或偽像)更弱。如圖4所示的非線性映射，沿這條曲線可以找到針幀中的每個點的對應輸出值，變換後的圖像將會抑制弱的信號而增強強的信號。另外，針幀和組織幀的射束模式也可以不同。傳統的組織幀和針幀都使用線性射束分布，如圖5和圖6所示。這會導致複合圖像中三角形區域裡邊針信息的丟失，如圖7中箭頭所指的B區所示。如圖8所示，在一個實施例中，可以選用這樣一種針幀射束分布，S卩利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充該三角形區域(步驟200)。隨著轉向角變得越來越小，針反射可逐漸減弱，與傳統的突然切斷的配置相比，這提供了一種更優的效果。在針幀中，隨著掃查射束的轉向角減小，針信號的幅度也會相應減小，所以需要給具有不同轉向角的射束施加不同的增益，以補償每個射束自針的不同反射效果。因此，可以獲得更一致的針圖像，如圖9所示。按照另一個實施例中，在針幀中維持針信號而抑制組織/偽像的一種可供選擇的方法是使用模式識別方法以識別針區域。然後，生成掩膜，以使針區域外的數據為0。一個實現的實例如下所述。如圖10所示，首先，進行濾波，利用各向異性濾波器對針的廣角圖像進行濾波，各向異性濾波器可以去除噪聲同時保留邊緣信息(步驟1000)。其次，進行圖像邊緣檢測(步驟1002)。再次，對檢測的圖像進行霍夫變換(步驟1004)。接下來，利用霍夫變換結果確定平行線(步驟1006)。再接下來，生成一個模式矩陣，並用1填充平行線之間的區域，其餘區域填充為0(步驟1008)；然後，將模式矩陣與原圖像相乘；最後，可以將得到的乘積複合到正常的掃描序列。圖11是按照一個實施例的用於增強超聲成像中針可視化裝置1100的示意圖，該裝置1100主要包括調整模塊1110和映射模塊1114 ；在其他實施例中，還可選地包括填充模塊1102、配置模塊1104、增強模塊1106、取閾值模塊1108、和/或控制模塊1112。這些模塊可以通過軟體、硬體、固件或者其組合來實現。其中-填充模塊1102用於執行步驟200；-配置模塊1104用於執行步驟202；-增強模塊1106用於執行步驟204；-取閾值模塊1108用於執行步驟206；
-調整模塊1110用於執行步驟208；-控制模塊1112用於執行步驟210；以及-映射模塊1114用於執行步驟212。圖12是另一種用於增強超聲成像中針可視化裝置1100的實施例，該裝置1100 包括處理單元1213，例如MCU、DSP或CPU等。處理單元1213可以是單個單元或者多個單元，以執行所述的不同步驟。另外，該裝置1100還可選地包括交互界面1280以及輸出單元 1四0，用於輸入採集的針圖像數據以及輸出經過處理的針圖像數據。此外，該裝置1100還包括非易失性存儲器形式的至少一個電腦程式產品1210，例如EEPR0M、快閃記憶體或者硬碟驅動器等。該電腦程式產品1210包括電腦程式1211，而電腦程式1211包括程序代碼， 當其被運行時，使得該裝置1100執行關於圖2所示的步驟。具體來說，在裝置1100的電腦程式1211中的程序代碼包括填充模塊1211a， 用於執行步驟200 ；配置模塊1211b，用於執行步驟202 ；增強模塊1211c，用於執行步驟 204 ；取閾值模塊1211d，用於執行步驟206 ；調整模塊1211e，用於執行步驟208 ；控制模塊 1211f，用於執行步驟210 ；映射模塊1211g，用於執行步驟212。換句話說，當在處理單元 1213上運行不同的模塊1211a-1211g時，它們對應於圖11所示的模塊1102、1104、1106、 1108、1110、1112 和 1114。按照上述實施例的用於增強超聲成像中針可視化裝置1100，可以通過軟體、硬體、 固件或者其組合，實現在各種超聲成像制導系統中。這種實現對於本領域普通技術人員來說是容易做到的，在此不進行詳述。以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明並不限於這些具體的實施例。本領域技術人員應該明白，還可以對本發明做各種修改、等同替換、變化等等，例如將上述實施例中的一個步驟或模塊分為兩個或更多個步驟或模塊來實現，或者相反，將上述實施例中的兩個或更多個步驟或模塊的功能放在一個步驟或模塊中來實現。但是，這些變換隻要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護範圍之內。另外，本申請說明書和權利要求書所使用的一些術語並不是限制，僅僅是為了便於描述。此外，以上多處所述的「一個實施例」、「另一個實施例」等等表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
權利要求
1.一種用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，包括 調整步驟，用於調低針幀的總增益；以及映射步驟，用於對針幀進行非線性映射；其中所述非線性映射設置成使得強的信號經過映射後更強而弱的信號經過映射後更弱。
2.如權利要求1所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，還包括 增強步驟，用於對針幀進行邊緣增強濾波。
3.如權利要求2所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於在所述增強步驟中，定義沿平均針方向具有非零係數的濾波器模板，然後在針幀與濾波器模板之間進行互相關。
4.如權利要求3所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，還包括 取閾值步驟，對於針幀中的每一個像素點，如果其關聯值小於預定閾值，則將其置為零。
5.如權利要求1所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，還包括 控制步驟，用於對均勻的針亮度沿深度進行時間增益控制。
6.如權利要求1所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，還包括 配置步驟，用於對針幀發射頻率、接收均衡濾波、線密度、和/或焦點帶位置進行不同配置，以增強具有最小偽像的針圖像。
7.如權利要求1所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，還包括 填充步驟，利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充針幀線性射束分布遺漏區域。
8.如權利要求7所述的用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於在所述填充步驟中給不同轉向角的射束施加不同的增益以補償每個射束自針的不同反射效果。
9.一種用於增強超聲成像中針可視化的方法，其特徵在於，包括濾波步驟，利用各向異性濾波器對針的廣角圖像進行濾波，以去除噪聲同時保留邊緣 fn息；檢測步驟，用於檢測圖像邊緣； 變換步驟，用於對檢測的圖像進行霍夫變換； 確定步驟，利用霍夫變換結果確定平行線；以及生成步驟，用於生成模式矩陣，並用ι填充平行線之間的區域，其餘區域填充為0。
10.一種用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，包括 調整模塊，用於調低針幀的總增益；以及映射模塊，用於對針幀進行非線性映射；其中所述映射模塊配置成進行非線性映射後使得強的信號更強而弱的信號更弱。
11.如權利要求10所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，還包括 增強模塊，用於對針幀進行邊緣增強濾波。
12.如權利要求11所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於所述增強模塊用於定義沿平均針方向具有非零係數的濾波器模板，然後將針幀與濾波器模板進行互相關。
13.如權利要求12所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，還包括取閾值模塊，對於針幀中的每一個像素點，如果其關聯值小於預定閾值，則將其置為零。
14.如權利要求10所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，還包括 控制模塊，用於對均勻的針亮度沿深度進行時間增益控制。
15.如權利要求10所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，還包括 配置模塊，用於對針幀發射頻率、接收均衡濾波、線密度、和/或焦點帶位置進行不同配置，以得到具有最小偽像的針圖像。
16.如權利要求10所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置，其特徵在於，還包括 填充模塊，利用來自相同起源但不同轉向角的射束填充針幀線性射束分布遺漏區域。
17.—種超聲成像制導系統，其特徵在於包括權利要求10至16任一項所述的用於增強超聲成像中針可視化的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種用於增強超聲成像中針可視化的方法與裝置，其中所述方法主要包括以下步驟調整步驟，用於降低針幀的總增益；以及映射步驟，用於對針幀進行非線性映射；其中所述非線性映射設置成使得強的信號經過映射後更強而弱的信號經過映射後更弱。按照本發明實施例的方法與裝置，能夠在抑制偽像和組織信號的同時增強針信號。
文檔編號A61B8/00GK102525547SQ20101062465
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者M·哈曼恩, M·塞耶德-博洛福羅斯, 徐智, 林峰, 郭建軍 申請人:通用電氣公司