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一種超聲三維成像控制方法、成像方法及系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510711306.2

申請日:

2015.10.28

公開號:

CN105232084A

公開日:

2016.01.13

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有權

法律詳情: 專利權人的姓名或者名稱、地址的變更 IPC(主分類):A61B 8/00變更事項:專利權人變更前:深圳開立生物醫療科技股份有限公司變更后:深圳開立生物醫療科技股份有限公司變更事項:地址變更前:518051 廣東省深圳市南山區玉泉路毅哲大廈4、5、8、9、10樓變更后:518057 廣東省深圳市南山區粵海街道科技中二路深圳軟件園二期12棟2樓|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):A61B 8/00申請日:20151028|||公開
IPC分類號: A61B8/00; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: A61B8/00
申請人: 深圳開立生物醫療科技股份有限公司
發明人: 李萍; 陳維楚; 黃柳倩; 艾金欽; 唐艷紅
地址: 518051廣東省深圳市南山區玉泉路毅哲大廈4、5、8、9、10樓
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510711306.2

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.01.15|||2017.12.12|||2016.02.10|||2016.01.13

法律狀態類型:

專利權人的姓名或者名稱、地址的變更|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供了一種超聲三維成像控制方法,包括:超聲主機設置并調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器掃查;所述超聲探頭換能器采集二維灰度圖像原始回波數據;處理所述二維灰度圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像。本發明提供的方法將三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P設計為函數關系,可以實現幀頻低、圖像分辨率較高的三維圖像,特別適用于靜態組織,如乳腺、甲狀腺、盆底、子宮及附件等對三維圖像實時性要求不高、側重于圖像分辨率的組織部位成像,降低了因較低圖像分辨率影響診斷結果造成臨床醫生誤診和漏診現象的概率。

權利要求書

權利要求書
1.  一種超聲三維成像控制方法,其特征在于:所述方法包括:
超聲主機設置并調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;
根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器掃查;
所述超聲探頭換能器采集二維灰度圖像原始回波數據;;
處理所述二維灰度圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像。

2.  根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述方法包括:
設置掃查參數P,至少包括掃查角度θ1、掃查深度D、單幀灰度圖像線數N、單幀灰度圖像張角θ2、調整系數K;
計算所述原始回波數據采集時間t1,C為超聲波在人體軟組織中的平均傳播速度;
計算三維圖像成像理論幀頻f0,t2為處理所述原始回波數據的時間;
驗證f0,若f0∈{fmin,fmax},則三維圖像成像幀頻f=f0;
若則調整掃查參數P;
fmin為該參數下電機可達最小頻率,fmax為該參數下電機可達最大頻率。

3.  根據權利要求2所述的方法,其特征在于:所述方法還包括:
若f0≤fmin,則三維圖像成像幀頻f=fmin,根據幀頻f=fmin值調整所述掃查參數P。

4.  根據權利要求2所述的方法,其特征在于:所述方法還包括:
若f0≥fmax,則三維圖像成像幀頻f=fmax,根據幀頻f=fmax值調整所述掃查參數P。

5.  根據權利要求1-4任意一項所述的方法,其特征在于:所述三維圖像 成像幀頻f≤0.1。

6.  根據權利要求1所述的方法,其特征在于:所述三維圖像X切片的圖像分辨率與所述超聲探頭換能器掃查方向的圖像分辨率一致。

7.  根據權利要求1-6任意一項所述的方法,其特征在于:所述三維超聲探頭還包括電機及傳動機構,所述電機通過傳動機構帶動所述換能器掃查運動,其中,所述電機采用細分控制。

8.  根據權利要求1-7任意一項所述的方法,其特征在于:所述超聲主機控制所述換能器按如下方式掃查,包括:
控制所述換能器由起點中心位置加速向掃查方向的一端運行;
控制所述換能器根據掃查參數P和幀頻f從掃查方向的一端反向運行至另一端,且以加速-勻速-減速的方式運行掃查,采集一個體數據;
控制所述換能器由掃查方向的另一端加速運行回到起點中心位置。

9.  一種超聲三維成像方法,其特征在于,包括;
權利要求1-8任意一項所述的控制方法,
顯示所述三維圖像和/或至少一個切面圖像。

10.  一種超聲三維成像系統,包括超聲主機和三維超聲探頭,其特征在于:所述超聲主機包括:
主處理器,所述主處理器可以設置、調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;
控制裝置,所述控制裝置下載所述主處理器發送的掃查參數P及指令;
驅動裝置,所述驅動裝置與所述超聲探頭電連接,所述控制裝置根據掃查參數P控制所述驅動裝置的輸出信號,進而控制所述超聲探頭換能器按照邏輯軌跡運動掃查;
處理裝置,所述處理裝置處理所述超聲探頭采集的二維灰度圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像;
顯示裝置,顯示所述三維圖像和/或至少一個切面圖像。

說明書

說明書一種超聲三維成像控制方法、成像方法及系統
技術領域
本發明涉及超聲成像領域,具體涉及一種超聲三維成像控制方法及成像方法和系統。
背景技術
超聲成像系統的三維成像技術,因能夠立體呈現被掃查對象、便于醫生對被掃查對象進行診斷治療,一直為本領域的研發熱點。超聲三維成像是在采集的一系列連續的二維平面數據的基礎上進行計算機處理轉化成的三維數據結構。因原始二維回波數據采集量和傳輸速度有限,為了保證獲取三維圖像的實時性,通常會減少每幀原始數據的線數和掃查的體數據的幀數。在原始體數據量不足的情況下,主要依靠圖像的后處理技術如插值、濾波、平滑和渲染等,提升圖像質量。而這種三維圖像因原始體數據量不足,有信息缺失、圖像分辨率及其切片圖像分辨率較低的缺陷,影響診斷的結果,易造成臨床醫生的誤診和漏診。
發明內容
因此,針對被檢測體的不同性質,對圖像分辨率的不同要求,可以采用不同的超聲三維成像方法。對于檢測運動的組織,如胎兒心臟、腎臟血流等,需要保證三維成像的實時性,則可以依靠圖像的后處理技術提升圖像質量。而對于靜態的組織,對三維圖像的實時性要求不高,對圖像的分辨率要求較高,則需要幀頻較低的超聲三維圖像。
為了解決上述問題,本發明第一個方面,提供一種超聲三維成像控制方法,所述方法包括:
超聲主機設置并調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;
根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器掃查;
所述超聲探頭換能器采集二維灰度圖像原始回波數據;;
處理所述二維灰度圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像。
本發明第二個方面,提供一種超聲三維成像方法,包括;
上述控制方法,及
顯示所述三維圖像和/或至少一個切面圖像。
本發明第三個方面,提供一種超聲三維成像系統,包括超聲主機和三維超聲探頭,所述超聲主機包括:
主處理器,所述主處理器可以設置、調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;
控制裝置,所述控制裝置下載所述主處理器發送的掃查參數P及指令;
驅動裝置,所述驅動裝置與所述超聲探頭電連接,所述控制裝置根據掃查參數P控制所述驅動裝置的輸出信號,進而控制所述超聲探頭換能器按照邏輯軌跡運動掃查;
處理裝置,所述處理裝置處理所述超聲探頭采集的二維灰度圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像;
顯示裝置,顯示所述三維圖像和/或至少一個切面圖像。
本發明提供的超聲三維成像控制方法,包括:超聲主機設置并調整掃查參數P;其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系;根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器掃查;所述超聲探頭換能器采集二維灰度圖像原始回波數據;處理所述二維灰度圖像原始回波數據,,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像。本發明提供的方法將三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P設計為函數關系,即可實現根據不同的幀頻要求,通過改變掃查參數來控制探頭換能器的運動軌跡,獲得不同的掃查數據,構建出符合要求的三維圖像。
本發明提供的超聲三維成像控制方法,包括:計算所述原始回波數據采集時間t1,計算三維圖像成像理論幀頻f0,驗證f0,若f0∈{fmin,fmax},則三維圖像成像幀頻f=f0;若則調整掃查參數P。本發明提供了一種三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P的函數關系,可以通過調整掃查參數P,控制換能器運動,可以實現呈現幀頻f≤0.1的三維圖像。
本發明提供的超聲成像控制方法,通過調整掃查參數,,可以實現三維圖像X切片的圖像分辨率與換能器掃查方向的圖像分辨率一致。
本發明提供的超聲三維成像方法和系統,可以呈現幀頻f≤0.1的三維圖像。此幀頻超低、圖像分辨率較高的三維圖像,特別適用于靜態組織,如乳腺、甲狀腺、盆底、子宮及附件等對三維圖像實時性要求不高、側重于圖像分辨率的組織部位成像,降低了因較低圖像分辨率影響診斷結果造成臨床醫生誤診和漏診現象的概率。
附圖說明
圖1為超聲成像系統結構示意圖;
圖2為本發明實施例二所述的超聲成像控制方法S1步驟示意圖;
圖3為超聲探頭換能器擺動運動示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明中的說明書附圖,對發明中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。
實施例一
本實施例提供一種超聲三維成像控制方法,所述方法包括:
S1.超聲主機設置并調整掃查參數P;
如圖1所示,在三維超聲成像系統中,超聲探頭至少包括換能器1、電機及傳動機構(未示出),系統主機至少包括與電機依次通信連接的驅動裝置2、控制裝置3及主處理器4。主處理器4能夠按照需求設置并調整掃查角度θ1、掃查深度D、單幀灰度圖像線數N、單幀灰度圖像張角θ2等掃查參數P,并能夠將掃查參數P及其他指令發送給包括FPGA控制及掃描控制的控制裝置3,其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系。
S2.根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器掃查;
控制裝置3通過控制驅動裝置2輸出的信號,進而使電機和傳動機構帶動換能器1能夠按照設置的掃查參數及指令進行邏輯軌跡運動掃查。
作為本實施例可選的技術方案,電機采用細分控制,在電機轉動過程中,有效抑制電機高速丟步和低速共振現象,使電機平穩運行。
S3.所述三維超聲探頭換能器采集二維圖像原始回波數據;
本發明三維超聲成像是在二維成像的基礎上完成的,是在采集的一系列連續的二維平面數據的基礎上轉化成的三維數據結構。在換能器的掃查過程中,換能器1向人體發射超聲波,當超聲波到達聲阻抗不同的界面時發生反射回波信號,發送及接收裝置5采集該系列連續回波信號數據,通過這些反射的回波信號反映人體內不均勻組織的分布情況。
S4.處理所述二維圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像;
發送及接收裝置5接收的回波信號經數據處理裝置64、圖像處理裝置63處理為圖像數據后,存儲在圖像存儲裝置62中,圖像生成裝置61實時的將存儲在圖像存儲裝置62中的圖像數據進行計算機處理,建立三維容積,并通 過多種成像模式進行三維切面和立體三維重建。
超聲三維成像是一種動態的實時超聲成像,而實時超聲成像是指超聲束能夠快速地掃查被檢切面,并形成相應的聲像圖的成像方式,因此,在構建三維成像過程中,影響實時性的“掃查方式”與影響成像效果的“原始體數據采集量”是相互制約的需控制的重要變量。本發明通過選擇三維圖像成像幀頻f值作為參考量與掃查參數P函數關聯,主處理器4根據該函數關系調整掃查參數P,進而達到控制超聲成像效果的技術效果。
實施例二
本實施例提供的超聲三維成像控制方法,包括:
S1.超聲主機設置并調整掃查參數P;如圖2所示,包括,
S11.設置掃查參數P,至少包括掃查角度θ1、掃查深度D、單幀灰度圖像掃查線數N、單幀灰度圖像張角θ2、調整系數K;
S12.計算原始回波數據采集時間t1;
例如,為保證超聲探頭換能器掃查方向的二維灰度圖像掃查線數據密度與三維圖像X切面的相同,設置掃查參數P與采集時間t1的函數關系。
本實施例按照如下公式計算采集時間t1:C為超聲波在人體軟組織中的平均傳播速度1540m/s;
S13.計算三維圖像成像理論幀頻f0,
t2為處理所述原始回波數據的時間;例如包括DSC、濾波和渲染等處理時間。根據當前體數據的大小,可相應的估算數據處理所需時間;
S14.驗證f0值;
若f0∈{fmin,fmax},則三維圖像成像幀頻f=f0;
若則調整掃查參數P;fmin為該參數下電機可達最小頻率,fmax為該參數下電機可達最大頻率;
作為本實施例的一個優選方案,
若f0≤fmin,則三維圖像成像幀頻f=fmin,根據幀頻f=fmin值調整掃查參數P;
若f0≥fmax,則三維圖像成像幀頻f=fmax,根據幀頻f=fmax值調整掃查參數P。
S2.主處理器4將掃查參數P與幀頻f發送給控制裝置3,控制裝置3通過控制驅動裝置2輸出的信號,進而使電機和傳動機構帶動換能器1能夠按照設置的掃查參數P及指令進行邏輯軌跡運動掃查。
S3.換能器1掃查過程中,發送及接收裝置5采集系列連續的二維圖像原始回波數據;
S4.數據處理裝置64、圖像處理裝置63處理所述發送及接收裝置5接收的二維圖像原始回波數據,并存儲在圖像存儲裝置62中,,圖像生成裝置61實時的將存儲在圖像存儲裝置62中的圖像數據進行計算機處理,進行立體三維和/或三維任意切面圖像重建。
本實施例所述的超聲成像控制方法,通過調整掃查參數,可以實現呈現幀頻f≤0.1,如幀頻f值為0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01的三維圖像。本實施例提供的幀頻超低、圖像分辨率較高的三維圖像,特別適用于靜態組織,如乳腺、甲狀腺、盆底、子宮及附件等對三維圖像實時性要求不高、側重于圖像分辨率的組織部位成像,降低了因較低圖像分辨率影響診斷結果、進而造成臨床醫生誤診和漏診現象的概率。
本實施例所述的超聲成像控制方法,通過調整掃查參數,可以實現三維圖像X切片的圖像分辨率與換能器掃查方向的圖像分辨率一致。
作為本實施例的可選方案,主控制器4還將如下掃查指令發送給控制裝置3。結合圖3所示,換能器從起點位置①開始掃查至掃查完畢返回該起點位置①共掃查一個體數據,分為三個階段;
階段一,控制換能器1從起點位置①以先加速、再減速的方式走向位置②,在位置②停止。該階段換能器不進行數據掃查,為了減少成像等待時間在此階段采用較高的加速度,使電機快速運轉,降低電機空轉時間。
階段二,控制換能器1從位置②逆向加速向位置③運動,在位置③停止加速,以高速勻速模式從位置③走向位置④,再減速運行至位置⑤停止。該階段進行有效體數據掃查,電機按照下載的有效掃描參數P以固定脈沖間隔一步步運轉,在降低電機控制裝置內存需求的情況下,能夠實現使電機以極低的速度進行運轉。
階段三,控制換能器1從位置⑤以先加速、再減速的方式走回起點位置①,在位置①停止。該階段不進行數據掃查,為了減少掃查后的復位時間,控制電機帶動換能器快速擺動到中間起始位置。
實施例三
本實施例提供一種超聲三維成像方法,包括:
S1.超聲主機設置并調整掃查參數P;
主處理器4能夠按照需求設置并調整掃查角度θ1、掃查深度D、單幀灰度圖像線數N、單幀灰度圖像張角θ2等掃查參數P,并能夠將掃查參數P及其他指令發送給包括FPGA控制及掃描控制的控制裝置3,其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系。
S2.根據掃查參數P控制所述三維超聲探頭換能器1掃查;
控制裝置3通過控制驅動裝置2輸出的信號,進而使電機和傳動機構帶動換能器1能夠按照設置的掃查參數及指令進行邏輯軌跡運動掃查。
S3.所述三維超聲探頭換能器1采集二維圖像原始回波數據;
發送及接收裝置5采集系列連續回波信號數據,通過這些反射的回波信號反映人體內不均勻組織的分布情況。
S4.處理所述二維圖像原始回波數據,構建三維圖像和/或至少一個切面圖像;
發送及接收裝置5接收的回波信號經數據處理裝置64、圖像處理裝置63處理為圖像數據后,存儲在圖像存儲裝置62中,圖像生成裝置61實時的將存儲在圖像存儲裝置62中的圖像數據進行計算機處理,建立三維容積,并通過多種成像模式進行三維切面和三維圖像重建。
S5.顯示所述三維圖像和/或X切面、Y切面、Z切面中至少一個切面圖像。
實施例五
本實施例提供一種超聲三維成像系統,如圖1所示包括:超聲主機及三維超聲探頭,所述超聲主機至少包括:主處理器4、控制裝置3、驅動裝置2、處理裝置6、及顯示裝置7
主處理器4能夠按照需求設置并調整掃查角度θ1、掃查深度D、單幀灰度圖像線數N、單幀灰度圖像張角θ2等掃查參數P,其中,三維圖像成像幀頻f值與掃查參數P為函數關系。
控制裝置3下載所述主處理器4發送的掃查參數P及指令;控制裝置3至少包括FPGA控制裝置及電機控制裝置;
三維超聲探頭至少包括換能器1、電機及傳動機構、發送及接收裝置5,驅動裝置2與探頭電機電連接,控制裝置3按照設置的掃查參數及指令控制驅動裝置2的輸出信號,進而控制電機及傳動機構帶動換能器1按照邏輯軌跡運動掃查;
在超聲探頭換能器的掃查過程中,換能器1向人體發射超聲波,當超聲波到達聲阻抗不同的界面時發生反射回波信號,探頭發送及接收裝置5采集該系列連續回波信號數據,通過這些反射的回波信號反映人體內不均勻組織 的分布情況。
處理裝置6處理探頭采集的二維灰度圖像原始回波數據,經處理后,存儲在圖像存儲裝置62中,圖像生成裝置61實時的將存儲在圖像存儲裝置62中的圖像數據進行計算機處理,建立三維容積,并通過多種成像模式進行三維切面和三維圖像重建。
顯示裝置7顯示所述三維圖像和/或X切面、Y切面、Z切面中至少一個切面圖像。
以上對本發明實施例所提供的一種超聲三維成像控制方法、超聲三維成像方法及系統進行了詳細介紹,但以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的結構及其核心思想,不應理解為對本發明的限制。本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內,可輕易想到的變化或替換,,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

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