CN103750859A

CN103750859A - 基于位置信息的超声宽景成像方法

Info

Publication number: CN103750859A
Application number: CN201410025084.4A
Authority: CN
Inventors: 黄庆华; 赵夏
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: CN103750859B

Abstract

本发明公开了一种基于位置信息的超声宽景成像方法，包括以下步骤：1)在采集图像时，超声探头侧向沿直线或近似直线运动，系统获得扫描过程中的超声二维图像序列，并通过定位装置得到图像的位置信息；2)对系统进行时间标定，使采集到的每一帧图像与其位置信息相对应；3)进行空间标定，使每一帧图像变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示；4)将每一帧图像根据其在世界坐标系中的空间位置信息映射到一个预设的二维平面上，形成宽景图像。本发明方法可以减少宽景成像的计算量，能提高实时性。

Description

基于位置信息的超声宽景成像方法

技术领域

本发明涉及一种医学超声宽景成像方法，尤其是一种基于位置信息的超声宽景成像方法，属于医学超声宽景成像技术领域。

背景技术

医学超声成像是现代临床医学的重要诊断方法之一，由于传统的超声探头发射的超声声束的发散角度有限，同时受限于探头尺寸的大小，因此只能生成视野狭小的超声图像，不能反映被检测区域的整体影像，一定程度上影响了医疗诊断的准确性和快速性。

针对这一问题，1996年Weng等人提出了超声宽景成像技术(Extended field-of-viewultrasound)，它采集一系列超声图像，利用图像配准技术实时拼接形成一幅观察视野更大的图像，方便医生诊断，所以EFOV技术具有传统超声无法比拟的宽视野优点。宽景成像技术主要包括图像获取、图像配准和图像拼接三个部分；其中，图像配准是宽景成像的核心，为了准确地获得两幅相邻图像之间的相对位移和偏转，图像配准需要借助较为复杂的算法对像素值进行度量和搜索，计算量非常大，在实际使用中难以做到实时，在对实时性要求比较高的情况下，传统EFOV技术无法满足实时性要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种可以减少宽景成像的计算量，能提高实时性的基于位置信息的超声宽景成像方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：所述方法通过采用超声探头，并在超声探头上安装定位装置实现，包括以下步骤：

1)在采集图像时，超声探头侧向沿直线或近似直线运动，系统获得扫描过程中的超声二维图像序列，并通过定位装置得到图像的位置信息；

2)对系统进行时间标定，使采集到的每一帧图像与其位置信息相对应；

3)在完成时间标定后，进行空间标定，使每一帧图像变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，获得每一帧图像在世界坐标系中的空间位置信息；

4)将每一帧图像根据其在世界坐标系中的空间位置信息映射到一个预设的二维平面上，形成宽景图像。

作为一种优选方案，步骤2)所述对系统进行时间标定具体如下：

超声探头移动过程中同时捕捉一系列特定位置上超声系统获得的图像信息和定位装置获得的位置信息，然后根据这些特定位置的测量信息估计出图像信息和位置信息传入计算机的时间差，以便在实际数据采集过程中对时间进行补偿，保证采集到的每一帧图像与其位置信息准确对应。

作为一种优选方案，步骤2)所述空间标定具体如下：

采用交叉线法，通过多次扫描交叉点，利用非线性方程求解方法，计算获得每一帧图像平面与定位装置之间的坐标变换关系，使每一帧图像上的每个像素点的位置变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，即获得每一帧图像在世界坐标系中的空间位置信息。

作为一种优选方案，步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：直接选择任意一帧图像所在平面为映射二维平面。

作为一种优选方案，步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：直接选择第一帧图像所在平面为映射二维平面。

作为一种优选方案，步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：将所有帧图像所在平面进行线性拟合得到一个二维平面，使得每一帧图像到该二维平面的平均距离最近。

作为一种优选方案，步骤4)所述二维平面上多幅图像重叠的区域通过数据融合方法获得最终的像素值。

作为一种优选方案，所述数据融合方法为平均法或加权平均法。

作为一种优选方案，所述定位装置采用Ascension公司开发的miniBIRD电磁定位系统。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明提出一种基于位置信息的超声宽景成像方法，其实施简单，解决了传统宽景成像方法中图像配准比较耗时的问题，省去了图像配准这一过程，通过定位装置获取图像的位置信息，采用时间标定方法使超声图像与其对应的空间位置信息传入系统的时间一致，并通过空间标定，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，使宽景成像的计算量减少，并提高了实时性，成像准确性则依赖于定位装置的定位准确性。

附图说明

图1为本发明超声图像采集的示意图。

图2为本发明采集实际的超声图像序列的示意图。

图3为本发明实现的超声宽景成像的示意图。

具体实施方式

实施例1：

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例的超声宽景成像方法通过采用超声探头，并在超声探头上安装定位装置实现，本实施例的定位装置使用Ascension公司开发的miniBIRD电磁定位系统，包括以下步骤：

1)如图1所示，在采集人体组织表面的图像时，超声探头侧向沿直线或近似直线运动(如图中箭头方向所示)，系统获得扫描过程中的超声二维图像序列，并通过定位装置得到图像的位置信息，其中所采集的超声二维图像序列如图2所示，近似在同一平面上；

2)由于超声图像与其对应的空间位置信息传入系统的时间不一致，所以需要对系统进行时间标定，时间标定的具体过程是在超声探头移动过程中同时捕捉一系列特定位置上超声系统获得的图像信息和定位装置获得的位置信息，然后根据这些特定位置的测量信息估计出图像信息和位置信息传入计算机的时间差，以便在实际数据采集过程中对时间进行补偿，保证采集到的每一帧图像与其位置信息准确对应，多次测量取平均值可以保证时间标定的准确性；

3)本实施例使用交叉线法(cross-wire)进行空间标定，通过多次扫描交叉点，利用非线性方程求解方法，计算获得每一帧图像平面与定位装置之间的坐标变换关系，使每一帧图像上的每个像素点的位置可以变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，即获得每一帧图像在世界坐标系中的空间位置信息；

4)将每一帧图像根据其在世界坐标系中的空间位置信息映射到一个预设的二维平面上，该二维平面的选取是直接选择任意一帧图像所在平面为映射二维平面，采用该二维平面选取方式的速度较快，如图3所示，本实施例选择第一帧图像所在平面为映射二维平面，将得到距离这个平面最近的超声图像映射到这个平面上，即实现实时超声宽景成像；

步骤4)所述二维平面上多幅图像重叠的区域可以通过平均、加权平均等数据融合方法获得最终的像素值。

本实施例的超声宽景成像方法省去了图像配准这一过程，减少宽景成像的计算量，能提高实时性，成像准确性则依赖于定位装置的定位准确性。

实施例2：

本实施例的主要特点是：步骤4)中，将每一帧图像根据其在世界坐标系中的空间位置信息映射到一个二维平面上，该二维平面的选取是将所有帧图像所在平面进行线性拟合得到一个二维平面，使得每一帧图像到该二维平面的平均距离最近，得到与实际图像较为接近的宽景图像。其余同实施例1。

以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims

1.基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：所述方法通过采用超声探头，并在超声探头上安装定位装置实现，包括以下步骤：

3)在完成时间标定后，进行空间标定，使每一帧图像变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，即获得每一帧图像在世界坐标系中的空间位置信息；

2.根据权利要求1所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤2)所述对系统进行时间标定具体如下：

3.根据权利要求1所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤2)所述空间标定具体如下：

采用交叉线法，通过多次扫描交叉点，利用非线性方程求解方法，计算获得每一帧图像平面与定位装置之间的坐标变换关系，使每一帧图像上的每个像素点的位置变换到定位装置坐标系中，将定位装置采集的超声探头移动过程中的位置和方向信息在世界坐标系中进行记录，最终转换得到每一帧图像在世界坐标系中的坐标以便于显示，获得每一帧图像在世界坐标系中的空间位置信息。

4.根据权利要求1所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：直接选择任意一帧图像所在平面为映射二维平面。

5.根据权利要求4所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：直接选择第一帧图像所在平面为映射二维平面。

6.根据权利要求1所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤4)所述二维平面的选取采用的方法为：将所有帧图像所在平面进行线性拟合得到一个二维平面，使得每一帧图像到该二维平面的平均距离最近。

7.根据权利要求1所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：步骤4)所述二维平面上多幅图像重叠的区域通过数据融合方法获得最终的像素值。

8.根据权利要求7所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：所述数据融合方法为平均法或加权平均法。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于位置信息的超声宽景成像方法，其特征在于：所述定位装置采用Ascension公司开发的miniBIRD电磁定位系统。