CN104490475B - 一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法，所述方法包括初步调整探头的扫查线发射角度，发射并获取穿刺回波数据；对所述穿刺回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度；根据所述识别后针体的倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度；根据计算的最佳扫查线发射角度情况，进而调整扫查线发射角度。本发明还提供相应的装置及系统。采用本发明的方法可以根据穿刺针的位置自动调整扫查线发射角度。

Description

一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及穿刺超声图像技术领域，具体的涉及一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法、装置及系统。

背景技术

现有的使用线阵探头穿刺超声成像领域，为获得能清晰显示穿刺针的穿刺图像，需尽量使探头的发射线与穿刺针角度垂直，然而在实际操作过程中，由于线阵探头通常都不配合穿刺架进行操作，发射线与穿刺针的角度往往需要人工调整。

现有技术的缺点在于，由于在调整过程中发射线的发射角度往往需要人工调整，因此在不使用穿刺架的条件下偏转角度不好确定。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种可以根据穿刺针的位置自动调整扫查线发射角度的一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法、装置及系统。

本发明提供一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法，所述方法包括：

初步调整探头的扫查线发射角度，发射并获取穿刺回波数据；

对所述穿刺回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度；

根据所述识别后针体的倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度；

根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度。

本发明还提供一种穿刺中探头发射线角度自动调整装置，所述装置包括：第一控制模块、发射/接收模块、第一计算模块、第二计算模块、第二控制模块；

所述第一控制模块，用于初步调整探头的扫查线发射角度；

所述发射/接收模块，用于发射并获取穿刺图像回波数据；

所述第一计算模块，用于对所述穿刺图像回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度；

所述第二计算模块，用于根据所述识别后针体的倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度；具体包括如下：

所述第二控制模块，用于根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度。

本发明还提供一种系统，所述系统具有如上所述的装置。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

1、由于通过对初步获取的穿刺图像进行针体识别，从而计算理论上的最佳扫查线发射角度，进而调整扫查线发射角度。因此可以自动获取最佳的探头扫查线发射角度，省去了手动进行调节的弊端。

2、由于通过霍夫算法只获取针体的针头和针尾位置，因此克服了霍夫变换的敏感性和运算复杂性的问题，提高了成像效率。

3、由于只保留针体信息而去除掉了伪像及噪声，因此可使针体尤其是针尖部分清晰可以见。

4、由于根据获取的当前的发射线偏转角度与计算的最佳偏转角度进行比较，当角度差超过预定角度，才按照最佳偏转角度调整扫查线；如果角度差小于或等于预定角度，则可以对所述结果的误差忽略不计，因此提高了扫查效率。

5、由于在所述步骤通过膨胀算法提取完整的针体图像之前，还可以包括通过边缘检测算法获取针体边缘图像的步骤；因此可以进一步增强针体的显示的准确性。

附图说明

图1，为本发明一种实施例的穿刺中探头发射线角度自动调整方法的整体流程示意图；

图2，为本发明一种实施例的对所述穿刺图像回波数据进行针体识别的整体流程示意图；

图3，为本发明一种实施例的穿刺中探头发射线角度自动调整装置的整体结构框图；

图4，为本发明一种实施例的使用霍夫法的部分计算过程示意图。

具体实施方式

本发明提出一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法。同时，本发明还提出了相应的装置及其系统。本发明通过对初步获取的穿刺图像进行针体识别，从而计算理论上的最佳扫查线发射角度，进而调整扫查线发射角度。因此可以自动获取最佳的探头扫查线发射角度，省去了手动进行调节的弊端。

下面将结合本发明中的说明书附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所述的方法主要适用于线阵探头不配备穿刺架情况下进行穿刺时，探头发射线角度自动调整方法。但本发明不仅仅限定在使用该探头下进行的穿刺的成像，类似具有同样成像方式的探头都可以适用。

实施例一、

如图1所示，所述穿刺中探头发射线角度自动调整方法包括如下步骤：

S101，初步调整探头的扫查线发射角度，发射并获取穿刺回波数据。

通过手动调节探头的扫查线发射偏转角度，获取初步的穿刺回波数据。理论上讲，当探头的扫查线发射角度成与穿刺针垂直或接近垂直(85-95度范围之间)的优化角度时，时穿刺针的显示是最明显的。

而在使用线阵探头进行扫查时，通常穿刺针与线阵探头之间是不配合穿刺架进行使用的，需要手动进行调节，通常手动的调节很难准确获得需要的优化角度。因此往往造成穿刺针的显示不明显或不清晰，因此需要进一步进行调节。

S102，对所述穿刺图像回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度。

由于针体的密度高于组织，因此在超声图像中针体往往相对于组织成高亮显示。通过一些算法将该针体识别出来，所述方法可以包括：霍夫法，边缘检测法，轮廓法。

识别针体后根据针体的斜率(slope)计算针体的倾斜角度。公式：thelta＝arctan(slope)

S103，根据所述识别后的针体倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度。

根据穿刺针的倾斜角度，按照发射线与穿刺针的最佳角度为垂直或接近垂直的优化角度的原理从而计算出探头发射线理论上的最佳偏转角度。

由于理论上最佳的发射线与穿刺针角度肯定是90度，因此优选以90度为标准来计算扫查线的偏转角度，所述扫查线发射角度的公式为：

delta＝优化角度-thelta＝90-thelta

S104，根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度(delta)。

综上所述，通过对初步获取的穿刺图像进行针体识别，从而计算理论上的最佳扫查线发射角度，进而调整扫查线发射角度。因此可以自动获取最佳的探头扫查线发射角度，省去了手动进行调节的弊端。

在一些实施例中，所述步骤S104，所述根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度。可以包括两种方法，具体如下：

一种方法为：获取当前探头的发射偏转角度，如果当前的探头偏转角度与最佳角度相差超过预定角度，则按照最佳角度更新探头发射偏转角度，反之则不变。

根据获取的当前的发射线偏转角度与步骤S103中计算的最佳偏转角度进行比较，当角度差超过预定角度，则按照最佳偏转角度调整扫查线。

如果角度差小于或等于预定角度，则可以对所述结果的误差忽略不计，此时，可以直接视当前发射角度为最佳发射角度，从而提高了扫查效率。

所述预定角度根据实际的显示效果的对比显示，通常为5度。

另一种方法为：直接按照计算的最佳扫查线发射角度调整探头的扫查线发射角度。

这种方法为不管计算的最佳的探头扫查线发射角度与当前的扫查线发射角度相差多少度，都直接按照最佳的角度进行调整。

在一些实施例中，步骤S102中，对所述穿刺图像回波数据进行针体识别，可采用霍夫法，轮廓法、边缘检测或者几种方法的结合等方法。

如图2所示，在本具体实施例中优选如下方法及步骤实现对所述穿刺图像回波数据进行针体识别：

S1021，对穿刺图像滤波去噪并进行对比度增强。

由于过大的角度扫查，组织会产生伪像和噪声，因此需要滤掉一部分无用的伪像和噪声信息数据，具体可使用中值滤波，直方图分析，高斯滤波等。所述各个方法属于现有技术，在此不再赘述。

为了保证运算速度，对去噪的图像还需要加强其对比度，具体可以采用方差法，平均法等，所述各个方法属于现有技术，在此不再赘述。因为针体的信号幅度会比一般的组织大，所以加强对比度的结果是针体部分的信号更强，无用信号更弱，接近2值图像特点。所以加强对比度的结果是针体部分的信号更强。

S1022，通过边缘检测算法获取穿刺图像的边缘图像，并从中识别出针体的边缘图像；

通过边缘检测算法，整个穿刺图像可以形成若干部分的边缘图像，其中可以包括针体边缘图像或部分组织、血管等的边缘图像。由于针体边缘图像较直且长度一般最长，从而可以从若干部分的边缘图像中判断哪个是针体的边缘图像。

为提高边缘检测的准确性，有时可以进行二次或者多次边缘检测。

边缘检测算法通常包括：Canny，Sobel，Prewitt，Roberts，LoG，Zero crossings

上述各方法属于现有技术在此不再赘述，本具体实施例优选Canny算法。

S1023，对所述针体的边缘图像通过霍夫法，获取针体的针头和针尾位置。

对上述处理后的图像进行霍夫检测，得到穿刺针的针头和针尾部分位置。由于霍夫变换的敏感性和运算复杂性，针体提取不适用霍夫计算出针体的每一个点，而是只提取针头和针尾部分。

霍夫算法可以得到图像中的线段数据。根据线段数据在图像中的位置索引(直角坐标系坐标)可以得到针体的针头/针尾位置。如下图，针头是在第一条线的y1位置，那么针头的坐标可以看作(x1，y1)，针尾在最后一条线的y2位置，那么针尾的坐标可以看作(x2，y2)。

根据针的起始和终止位置得到针体区域并得到区域的宽度(width)和高度(height)

S1024，通过膨胀算法提取完整的针体图像。

如图2、4所示，由于采用边缘检测和霍夫所获得图像获取的针体边缘图像可能并不完整，尤其是针尖部分，导致针体的显示缺失，因此可以通过膨胀运算获取完整的针体图像。

膨胀运算就是在二值图像中“加长”或“变粗”的操作。所述膨胀运算属于现有技术，在此不再赘述。所述膨胀运算可以进行多次，直到获得完整的针体图像为止。

在一些实施例中，在所述步骤S1024通过膨胀算法提取完整的针体图像之前，还可以包括通过边缘检测算法获取针体边缘图像的步骤；

即从针头开始向针尾做运算，再次提取针体边缘，这样可以进一步增强针体显示的准确性。

边缘检测算法通常包括：Canny，Sobel，Prewitt，Roberts，LoG，Zero crossings

上述各方法属于现有技术在此不再赘述，本具体实施例优选Canny算法。

综上所述，上述方法具有如下优点：

由于通过霍夫算法只获取针体的针头和针尾位置，因此克服了霍夫变换的敏感性和运算复杂性的问题，提高了成像效率。

由于只保留针体信息而去除掉了伪像及噪声，因此可使针体尤其是针尖部分清晰可以见。

实施例二、

如图3所示，本发明还提供一种穿刺针显示装置，所述装置包括：第一控制模块201、发射/接收模块202、第一计算模块203、第二计算模块204、第二控制模块205。

第一控制模块201，用于初步调整探头的扫查线发射角度；

发射/接收模块202，用于发射并获取穿刺回波数据；

第一计算模块203，用于对所述穿刺图像回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度；具体包括如下：

用于对穿刺图像滤波去噪并进行对比度增强；

用于通过边缘检测算法获取穿刺图像的边缘图像，并从中识别出针体的边缘图像；

用于对所述针体的边缘图像通过霍夫法，获取针体的针头和针尾位置；

用于通过膨胀算法提取完整的针体图像。

第二计算模块204，用于根据所述识别后的针体倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度；具体包括如下：

一种用于，获取当前探头的发射偏转角度，如果当前的探头偏转角度与最佳角度相差超过预定角度，则按照最佳角度更新探头发射偏转角度，反之则不变。

另一种用于，按照计算的最佳扫查线发射角度调整探头的扫查线发射角度。

第二控制模块205，用于根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度。

上述装置的详细工作过程参见具体实施例一，在此不再赘述。

实施例三、

本发明还提供一种系统，所述系统具有如实施例二所述的装置，所述装置及装置的工作过程详见实施例一、二在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种穿刺中探头发射线角度自动调整方法、装置及系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种穿刺中探头发射线角度自动调整装置，其特征在于，所述装置包括：第一控制模块、发射/接收模块、第一计算模块、第二计算模块、第二控制模块；

所述第一控制模块，用于初步调整探头的扫查线发射角度；

所述发射/接收模块，用于发射并获取穿刺图像回波数据；

所述第一计算模块，用于对所述穿刺图像回波数据进行针体识别，并计算针体的倾斜角度；

所述第二计算模块，用于根据所述识别后针体的倾斜角度计算最佳的探头扫查线发射偏转角度；所述第二计算模块还用于获取当前探头的扫查线发射偏转角度，如果当前的探头偏转角度与最佳角度相差超过预定角度，则按照最佳角度更新探头发射偏转角度，反之则不变；

所述第二控制模块，用于根据计算的最佳扫查线发射角度情况，从而调整扫查线发射角度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二控制模块用于按照计算的最佳扫查线发射角度调整探头的扫查线发射角度。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述对所述穿刺回波数据进行针体识别包括采用霍夫法或者轮廓法进行识别。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于对穿刺图像滤波去噪并进行对比度增强；通过边缘检测算法获取穿刺图像的边缘图像，并从中识别出针体的边缘图像；对所述针体的边缘图像通过霍夫法，获取针体的针头和针尾位置；通过膨胀算法提取完整的针体图像。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块还用于在所述通过膨胀算法提取完整的针体图像之前，还包括通过边缘检测算法获取针体边缘图像。

6.一种超声成像系统，其特征在于，所述系统具有如权利要求1所述的装置。