CN105232084B - 一种超声三维成像控制方法、成像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声三维成像控制方法，包括：超声主机设置并调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器扫查；所述超声探头换能器采集二维灰度图像原始回波数据；处理所述二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像。本发明提供的方法将三维图像成像帧频f值与扫查参数P设计为函数关系，可以实现帧频低、图像分辨率较高的三维图像，特别适用于静态组织，如乳腺、甲状腺、盆底、子宫及附件等对三维图像实时性要求不高、侧重于图像分辨率的组织部位成像，降低了因较低图像分辨率影响诊断结果造成临床医生误诊和漏诊现象的概率。

Description

一种超声三维成像控制方法、成像方法及系统

技术领域

本发明涉及超声成像领域，具体涉及一种超声三维成像控制方法及成像方法和系统。

背景技术

超声成像系统的三维成像技术，因能够立体呈现被扫查对象、便于医生对被扫查对象进行诊断治疗，一直为本领域的研发热点。超声三维成像是在采集的一系列连续的二维平面数据的基础上进行计算机处理转化成的三维数据结构。因原始二维回波数据采集量和传输速度有限，为了保证获取三维图像的实时性，通常会减少每帧原始数据的线数和扫查的体数据的帧数。在原始体数据量不足的情况下，主要依靠图像的后处理技术如插值、滤波、平滑和渲染等，提升图像质量。而这种三维图像因原始体数据量不足，有信息缺失、图像分辨率及其切片图像分辨率较低的缺陷，影响诊断的结果，易造成临床医生的误诊和漏诊。

发明内容

因此，针对被检测体的不同性质，对图像分辨率的不同要求，可以采用不同的超声三维成像方法。对于检测运动的组织，如胎儿心脏、肾脏血流等，需要保证三维成像的实时性，则可以依靠图像的后处理技术提升图像质量。而对于静态的组织，对三维图像的实时性要求不高，对图像的分辨率要求较高，则需要帧频较低的超声三维图像。

为了解决上述问题，本发明第一个方面，提供一种超声三维成像控制方法，所述方法包括：

超声主机设置并调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；

根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器扫查；

所述超声探头换能器采集二维灰度图像原始回波数据；

处理所述二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像。

本发明第二个方面，提供一种超声三维成像方法，包括；

上述控制方法，及

显示所述三维图像和/或至少一个切面图像。

本发明第三个方面，提供一种超声三维成像系统，包括超声主机和三维超声探头，所述超声主机包括：

主处理器，所述主处理器可以设置、调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；

控制装置，所述控制装置下载所述主处理器发送的扫查参数P及指令；

驱动装置，所述驱动装置与所述超声探头电连接，所述控制装置根据扫查参数P控制所述驱动装置的输出信号，进而控制所述超声探头换能器按照逻辑轨迹运动扫查；

处理装置，所述处理装置处理所述超声探头采集的二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像；

显示装置，显示所述三维图像和/或至少一个切面图像。

本发明提供的超声三维成像控制方法，包括：超声主机设置并调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器扫查；所述超声探头换能器采集二维灰度图像原始回波数据；处理所述二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像。本发明提供的方法将三维图像成像帧频f值与扫查参数P设计为函数关系，即可实现根据不同的帧频要求，通过改变扫查参数来控制探头换能器的运动轨迹，获得不同的扫查数据，构建出符合要求的三维图像。

本发明提供的超声三维成像控制方法，包括：计算所述原始回波数据采集时间t₁，计算三维图像成像理论帧频f₀,验证f₀，若f₀∈{f_min,f_max},则三维图像成像帧频f＝f₀；若则调整扫查参数P。本发明提供了一种三维图像成像帧频f值与扫查参数P的函数关系，可以通过调整扫查参数P，控制换能器运动，可以实现呈现帧频f≤0.1的三维图像。

本发明提供的超声成像控制方法，通过调整扫查参数，可以实现三维图像X切片的图像分辨率与换能器扫查方向的图像分辨率一致。

本发明提供的超声三维成像方法和系统，可以呈现帧频f≤0.1的三维图像。此帧频超低、图像分辨率较高的三维图像，特别适用于静态组织，如乳腺、甲状腺、盆底、子宫及附件等对三维图像实时性要求不高、侧重于图像分辨率的组织部位成像，降低了因较低图像分辨率影响诊断结果造成临床医生误诊和漏诊现象的概率。

附图说明

图1为超声成像系统结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的超声成像控制方法S1步骤示意图；

图3为超声探头换能器摆动运动示意图。

具体实施方式

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。

实施例一

本实施例提供一种超声三维成像控制方法，所述方法包括：

S1.超声主机设置并调整扫查参数P；

如图1所示，在三维超声成像系统中，超声探头至少包括换能器1、电机及传动机构(未示出)，系统主机至少包括与电机依次通信连接的驱动装置2、控制装置3及主处理器4。主处理器4能够按照需求设置并调整扫查角度θ₁、扫查深度D、单帧灰度图像线数N、单帧灰度图像张角θ₂等扫查参数P，并能够将扫查参数P及其他指令发送给包括FPGA控制及扫描控制的控制装置3，其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系。

S2.根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器扫查；

控制装置3通过控制驱动装置2输出的信号，进而使电机和传动机构带动换能器1能够按照设置的扫查参数及指令进行逻辑轨迹运动扫查。

作为本实施例可选的技术方案，电机采用细分控制，在电机转动过程中，有效抑制电机高速丢步和低速共振现象，使电机平稳运行。

S3.所述三维超声探头换能器采集二维图像原始回波数据；

本发明三维超声成像是在二维成像的基础上完成的，是在采集的一系列连续的二维平面数据的基础上转化成的三维数据结构。在换能器的扫查过程中，换能器1向人体发射超声波，当超声波到达声阻抗不同的界面时发生反射回波信号，发送及接收装置5采集该系列连续回波信号数据，通过这些反射的回波信号反映人体内不均匀组织的分布情况。

S4.处理所述二维图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像；

发送及接收装置5接收的回波信号经数据处理装置64、图像处理装置63处理为图像数据后，存储在图像存储装置62中，图像生成装置61实时的将存储在图像存储装置62中的图像数据进行计算机处理，建立三维容积，并通过多种成像模式进行三维切面和立体三维重建。

超声三维成像是一种动态的实时超声成像，而实时超声成像是指超声束能够快速地扫查被检切面，并形成相应的声像图的成像方式，因此，在构建三维成像过程中，影响实时性的“扫查方式”与影响成像效果的“原始体数据采集量”是相互制约的需控制的重要变量。本发明通过选择三维图像成像帧频f值作为参考量与扫查参数P函数关联，主处理器4根据该函数关系调整扫查参数P，进而达到控制超声成像效果的技术效果。

实施例二

本实施例提供的超声三维成像控制方法，包括：

S1.超声主机设置并调整扫查参数P；如图2所示，包括，

S11.设置扫查参数P，至少包括扫查角度θ₁、扫查深度D、单帧灰度图像扫查线数N、单帧灰度图像张角θ₂、调整系数K；

S12.计算原始回波数据采集时间t₁；

例如，为保证超声探头换能器扫查方向的二维灰度图像扫查线数据密度与三维图像X切面的相同，设置扫查参数P与采集时间t₁的函数关系。

本实施例按照如下公式计算采集时间t₁：C为超声波在人体软组织中的平均传播速度1540m/s；

S13.计算三维图像成像理论帧频f₀,

t₂为处理所述原始回波数据的时间；例如包括DSC、滤波和渲染等处理时间。根据当前体数据的大小，可相应的估算数据处理所需时间；

S14.验证f₀值；

若f₀∈{f_min,f_max},则三维图像成像帧频f＝f₀；

若则调整扫查参数P；f_min为该参数下电机可达最小频率，f_max为该参数下电机可达最大频率；

作为本实施例的一个优选方案，

若f₀≤f_min，则三维图像成像帧频f＝f_min,根据帧频f＝f_min值调整扫查参数P；

若f₀≥f_max，则三维图像成像帧频f＝f_max,根据帧频f＝f_max值调整扫查参数P。

S2.主处理器4将扫查参数P与帧频f发送给控制装置3，控制装置3通过控制驱动装置2输出的信号，进而使电机和传动机构带动换能器1能够按照设置的扫查参数P及指令进行逻辑轨迹运动扫查。

S3.换能器1扫查过程中，发送及接收装置5采集系列连续的二维图像原始回波数据；

S4.数据处理装置64、图像处理装置63处理所述发送及接收装置5接收的二维图像原始回波数据，并存储在图像存储装置62中，图像生成装置61实时的将存储在图像存储装置62中的图像数据进行计算机处理，进行立体三维和/或三维任意切面图像重建。

本实施例所述的超声成像控制方法，通过调整扫查参数，可以实现呈现帧频f≤0.1，如帧频f值为0.09、0.08、0.07、0.06、0.05、0.04、0.03、0.02、0.01的三维图像。本实施例提供的帧频超低、图像分辨率较高的三维图像，特别适用于静态组织，如乳腺、甲状腺、盆底、子宫及附件等对三维图像实时性要求不高、侧重于图像分辨率的组织部位成像，降低了因较低图像分辨率影响诊断结果、进而造成临床医生误诊和漏诊现象的概率。

本实施例所述的超声成像控制方法，通过调整扫查参数，可以实现三维图像X切片的图像分辨率与换能器扫查方向的图像分辨率一致。

作为本实施例的可选方案，主控制器4还将如下扫查指令发送给控制装置3。结合图3所示，换能器从起点位置①开始扫查至扫查完毕返回该起点位置①共扫查一个体数据，分为三个阶段；

阶段一，控制换能器1从起点位置①以先加速、再减速的方式走向位置②，在位置②停止。该阶段换能器不进行数据扫查，为了减少成像等待时间在此阶段采用较高的加速度，使电机快速运转，降低电机空转时间。

阶段二，控制换能器1从位置②逆向加速向位置③运动，在位置③停止加速，以高速匀速模式从位置③走向位置④，再减速运行至位置⑤停止。该阶段进行有效体数据扫查，电机按照下载的有效扫描参数P以固定脉冲间隔一步步运转，在降低电机控制装置内存需求的情况下，能够实现使电机以极低的速度进行运转。

阶段三，控制换能器1从位置⑤以先加速、再减速的方式走回起点位置①，在位置①停止。该阶段不进行数据扫查，为了减少扫查后的复位时间，控制电机带动换能器快速摆动到中间起始位置。

实施例三

本实施例提供一种超声三维成像方法，包括：

S1.超声主机设置并调整扫查参数P；

主处理器4能够按照需求设置并调整扫查角度θ₁、扫查深度D、单帧灰度图像线数N、单帧灰度图像张角θ₂等扫查参数P，并能够将扫查参数P及其他指令发送给包括FPGA控制及扫描控制的控制装置3，其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系。

S2.根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器1扫查；

控制装置3通过控制驱动装置2输出的信号，进而使电机和传动机构带动换能器1能够按照设置的扫查参数及指令进行逻辑轨迹运动扫查。

S3.所述三维超声探头换能器1采集二维图像原始回波数据；

发送及接收装置5采集系列连续回波信号数据，通过这些反射的回波信号反映人体内不均匀组织的分布情况。

S4.处理所述二维图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像；

发送及接收装置5接收的回波信号经数据处理装置64、图像处理装置63处理为图像数据后，存储在图像存储装置62中，图像生成装置61实时的将存储在图像存储装置62中的图像数据进行计算机处理，建立三维容积，并通过多种成像模式进行三维切面和三维图像重建。

S5.显示所述三维图像和/或X切面、Y切面、Z切面中至少一个切面图像。

实施例五

本实施例提供一种超声三维成像系统，如图1所示包括：超声主机及三维超声探头，所述超声主机至少包括：主处理器4、控制装置3、驱动装置2、处理装置6、及显示装置7

主处理器4能够按照需求设置并调整扫查角度θ₁、扫查深度D、单帧灰度图像线数N、单帧灰度图像张角θ₂等扫查参数P，其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系。

控制装置3下载所述主处理器4发送的扫查参数P及指令；控制装置3至少包括FPGA控制装置及电机控制装置；

三维超声探头至少包括换能器1、电机及传动机构、发送及接收装置5，驱动装置2与探头电机电连接，控制装置3按照设置的扫查参数及指令控制驱动装置2的输出信号，进而控制电机及传动机构带动换能器1按照逻辑轨迹运动扫查；

在超声探头换能器的扫查过程中，换能器1向人体发射超声波，当超声波到达声阻抗不同的界面时发生反射回波信号，探头发送及接收装置5采集该系列连续回波信号数据，通过这些反射的回波信号反映人体内不均匀组织的分布情况。

处理装置6处理探头采集的二维灰度图像原始回波数据，经处理后，存储在图像存储装置62中，图像生成装置61实时的将存储在图像存储装置62中的图像数据进行计算机处理，建立三维容积，并通过多种成像模式进行三维切面和三维图像重建。

显示装置7显示所述三维图像和/或X切面、Y切面、Z切面中至少一个切面图像。

以上对本发明实施例所提供的一种超声三维成像控制方法、超声三维成像方法及系统进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的结构及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声三维成像控制方法，其特征在于：所述方法包括：

超声主机设置并调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；包括：

计算原始回波数据采集时间t₁，t₁与扫查参数P为函数关系；计算三维图像成像理论帧频f₀，t₂为处理所述原始回波数据的时间；验证f₀，若f₀∈{f_min,f_max},则三维图像成像帧频f＝f₀；若则调整扫查参数P；f_min为该参数下电机可达最小频率，f_max为该参数下电机可达最大频率；

根据扫查参数P控制所述三维超声探头换能器扫查；

所述超声探头换能器采集二维灰度图像原始回波数据；

处理所述二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法包括：

设置扫查参数P，至少包括扫查角度θ₁、扫查深度D、单帧灰度图像线数N、单帧灰度图像张角θ₂、调整系数K；

计算所述原始回波数据采集时间t₁，C为超声波在人体软组织中的平均传播速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：

若f₀≤f_min，则三维图像成像帧频f＝f_min,根据帧频f＝f_min值调整所述扫查参数P。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：

若f₀≥f_max，则三维图像成像帧频f＝f_max,根据帧频f＝f_max值调整所述扫查参数P。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于：所述三维图像成像帧频f≤0.1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述三维图像X切片的图像分辨率与所述超声探头换能器扫查方向的图像分辨率一致。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述三维超声探头还包括电机及传动机构，所述电机通过传动机构带动所述换能器扫查运动，其中，所述电机采用细分控制。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超声主机控制所述换能器按如下方式扫查，包括：

控制所述换能器由起点中心位置加速向扫查方向的一端运行；

控制所述换能器根据扫查参数P和帧频f从扫查方向的一端反向运行至另一端，且以加速-匀速-减速的方式运行扫查，采集一个体数据；

控制所述换能器由扫查方向的另一端加速运行回到起点中心位置。

9.一种超声三维成像方法，其特征在于，包括；

权利要求1-8任意一项所述的控制方法，

显示所述三维图像和/或至少一个切面图像。

10.一种超声三维成像系统，包括超声主机和三维超声探头，其特征在于：所述超声主机包括：

主处理器，所述主处理器设置、调整扫查参数P；其中，三维图像成像帧频f值与扫查参数P为函数关系；包括：原始回波数据采集时间t₁与扫查参数P为函数关系；三维图像成像理论帧频f₀，t₂为处理所述原始回波数据的时间；验证f₀，若f₀∈{f_min,f_max},则三维图像成像帧频f＝f₀；若则调整扫查参数P；f_min为该参数下电机可达最小频率，f_max为该参数下电机可达最大频率；控制装置，所述控制装置下载所述主处理器发送的扫查参数P及指令；

驱动装置，所述驱动装置与所述超声探头电连接，所述控制装置根据扫查参数P控制所述驱动装置的输出信号，进而控制所述超声探头换能器按照逻辑轨迹运动扫查；

处理装置，所述处理装置处理所述超声探头采集的二维灰度图像原始回波数据，构建三维图像和/或至少一个切面图像；

显示装置，显示所述三维图像和/或至少一个切面图像。