CN112244889B - 振元阵列的确定方法、穿刺针成像方法及超声设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声穿刺技术领域，具体涉及一种振元阵列的确定方法、穿刺针成像方法及超声设备。其中，振元阵列的确定方法包括：激发预设振元阵列向目标组织发射超声波；判断是否检测到全局剪切波；当检测不到全局剪切波时，调整超声探头中用于发射超声波的振元阵列，以确定目标组织对应的目标振元阵列的分布。本发明通过提前确认目标组织所需的振元阵列的分布，保证在穿刺时，振元阵列能够发出多角度的超声波波束，以激励目标组织产生全局传播的剪切波，解决了由于组织衰减导致剪切波无法有效传播至穿刺针位置导致穿刺针图像不完整、不清晰的问题；同时，根据振元阵列的分布情况，确定各个剪切波的传播方向，以进行方向滤波，保证成像的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及超声穿刺技术领域，具体涉及一种振元阵列的确定方法、穿刺针成像方法及超声设备。
背景技术
超声引导下穿刺活检是临床上常用的组织取样方法，相比于医生根据解剖位置徒手盲穿，超声成像可以实时显示穿刺针与目标病变的相对位置，从而大大提升了穿刺准确率。超声引导下穿刺活检技术在穿刺前要先观察病变大小、形态、位置以及周围血管和脏器的关系，确认目标病变之后，规划最佳穿刺部位及路径。穿刺过程中，要持续观察穿刺针的位置，注意避免扎到血管、胰管及胆管。穿刺到病变区域附近时，要明确穿刺针针尖与目标病变的相对位置，确保穿刺针针尖进入目标病变区域内部，从而确保穿刺的病变组织样本量是足够的，增加诊断准确率的同时减少穿刺针数。
在整个穿刺过程中，穿刺针针尖和针体位置的实时清晰显示是至关重要的。但是，穿刺过程中经常受到组织解剖结构分布的限制，导致穿刺针与超声波波束的夹角太小，穿刺针对入射超声波的镜面反射越大，能够检测到的回波信号越少，穿刺针的成像越不清晰。
现有技术中，通常采用以下方法解决上述问题：优化穿刺针，例如在穿刺针表面涂覆特殊材料或者雕刻凹陷结构，以减小穿刺针对入射超声波的镜面反射，但是发明人发现，这些穿刺针仅在某些特定的角度下才能起到明显提高穿刺针清晰显示的作用，且穿刺针本身的加工工艺难度导致使用的成本较高。发明人试图利用剪切波成像，由于剪切波成像的技术本质上是检测组织的运动，从而计算弹性值，因此剪切波成像可不受穿刺针角度的影响。但是又由于剪切波在组织中的衰减速度非常快，导致在实际操作中，剪切波无法有效传播至穿刺针所在的位置，导致穿刺针的成像不够完整和清晰。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种振元阵列的确定方法、穿刺针成像方法及超声设备，以解决剪切波无法有效传播至穿刺针位置导致穿刺针的成像不够完整和清晰的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种振元阵列的确定方法，该方法用于超声设备中，所述超声设备包括超声探头，所述超声探头具有至少一个振元阵列，所述方法包括：激发预设振元阵列向目标组织发射超声波；其中，所述超声波用于激励所述目标组织产生剪切波；判断是否检测到全局剪切波；当检测不到全局剪切波时，调整所述超声探头中用于发射所述剪切波的振元阵列，以确定所述目标组织对应的目标振元阵列的分布。
可选地，所述判断是否检测到全局剪切波，包括：接收所述目标组织基于所述超声波反馈的信号；对所述反馈的信号进行成像；基于成像结果判断是否检测到全局剪切波。
由于不同组织对剪切波的衰减速度是不同的，且单束剪切波的传播距离有限，导致在穿刺时，剪切波无法有效传播至穿刺针位置，使得穿刺针的图像不完整不清晰。因此，本发明实施例提供的振元阵列的确定方法，通过提前确认所述目标组织产生有效剪切波所需的振元阵列的分布，保证在穿刺时，振元阵列能够发出多角度的超声波波束，以激励目标组织产生全局传播的剪切波，有效解决了由于组织衰减导致剪切波无法有效传播至穿刺针位置导致穿刺针图像不完整、不清晰的问题；除此之外，全局剪切波无需等待剪切波在所述目标组织中向远处传播，可以缩短激发超声探头中振元阵列产生超声声束的等待时间间隔，从而有效提升整体的成像速率。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种穿刺针成像方法，包括：获取目标组织对应的目标振元阵列的分布；所述目标振元阵列的分布是根据第一方面或第一方面的可选实施方式所述的振元阵列的确定方法确定出的；激发所述目标振元阵列向所述目标组织发射超声波；其中，所述超声波用于激发所述目标组织产生全局剪切波；获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像；其中，所述目标弹性图像为包含穿刺针的图像；对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，利用第一方面或第一方面的可选实施方式所述的振元阵列的确定方法确定出的目标组织对应的目标振元阵列的分布，能够产生与所述目标组织对应的全局剪切波，对所述目标组织进行全局成像，保证在穿刺时，剪切波能够有效传播至穿刺针位置，确保穿刺针图像的完整和清晰；除此之外，全局剪切波无需等待剪切波在所述目标组织中向远处传播，可以缩短激发超声探头中振元阵列产生超声声束的等待时间间隔，从而有效提升整体的成像速率。
可选地，所述获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像，包括：利用所述目标振元阵列的分布，确定全局剪切波中各个剪切波在所述目标组织内的传播方向；基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像；根据所述各个剪切波对应的速度分布子图像，计算得到各个剪切波对应的速度矢量；将所有所述剪切波对应的速度矢量合成，得到目标速度值；利用所述目标速度值，计算得到所述目标弹性图像。
可选地，所述基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像，包括：利用各个所述剪切波的传播方向，构建与剪切波对应的方向滤波器；利用所述方向滤波器对所述全局剪切波的传播图像进行滤波处理，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
由于全局剪切波在传播过程中，相向传播的剪切波会产生干涉，影响后续计算和处理的准确性。因此，本发明实施例提供的穿刺针成像方法，基于各个剪切波的传播方向，对所述各个剪切波进行方向滤波，解决了全局剪切波的干涉问题，为后续在所述目标弹性图像中确定出所述穿刺针图像提供了基础。
可选地，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，包括：获取所述穿刺针的实体参数；其中，所述实体参数包括长度、宽度、线型；对所述目标弹性图像进行二值化处理，得到二值化图像；对所述二值化图像进行直线检测，得到所述穿刺针所在的直线位置；提取所述直线位置区域中与所述穿刺针特征匹配的像素点集；基于所述实体参数，对所述像素点集进行拟合，得到所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
可选地，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，还包括：将所述穿刺针图像与所述目标弹性图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第一叠加图像；将所述第一叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，将穿刺针图像进行高亮显示，以提高穿刺针图像的对比度，便于医生识别。
可选地，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，还包括：获取所述目标组织的超声图像；将所述穿刺针图像与所述目标组织的超声图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第二叠加图像；将所述第二叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，由于超声图像与所述目标弹性图像相比，具有更高的分辨率，因此，将穿刺针图像与目标组织的超声图像叠加，能获得更加清晰的图像供医生实时查看，除此之外，将所述穿刺针图像进行高亮显示，以提高穿刺针图像的对比度，便于医生识别。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种超声设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面或第一方面中任一项所述的振元阵列的确定方法，和/或，第二方面或第二方面中任一项所述的穿刺针成像方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行第一方面或第一方面中任一项所述的振元阵列的确定方法，和/或，第二方面或第二方面中任一项所述的穿刺针成像方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一个应用场景示意图；
图2是根据本发明实施例的振元阵列的确定方法流程图；
图3是根据本发明实施例的振元阵列的确定方法的完整流程图；
图4是根据本发明实施例的穿刺针成像方法流程图；
图5是根据本发明实施例的目标弹性图像的获取方法流程图；
图6是本发明实施例的方向滤波器示意图；
图7是本发明实施例的方向滤波器的构建过程示意图；
图8是本发明实施例的方向滤波滤波示意图；
图9是根据本发明实施例的穿刺针成像方法的完整流程图；
图10是本发明实施例的超声设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域技术人员在没有作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。
根据第一方面，提供了一种振元阵列的确定方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是本发明实施例一个应用场景示意图，如图1所示，超声探头10与超声设备(图中未画出)连接，用于在所述超声设备的控制下向目标组织发射超声波，所述超声波波束聚焦激励所述目标组织振动产生剪切波。具体地，所述超声探头10包括至少一个振元阵列11，每个振元阵列11由预设数量的振元以预设的位置排列而成。每个振元发出一束超声波，经过所述预设的位置排列，使得多个振元发出的多束超声波聚焦为一束，也即是说，每个所述振元阵列11 能够发出一束聚焦超声波波束。所述超声设备以选通的方式控制所述超声探头 10中的振元阵列11工作，具体地，所述超声设备可以控制所述超声探头10中工作的振元阵列11的数量、位置、发射时序。
在一个具体的实施例中，所述超声探头10包括N个所述振元阵列11，每个振元阵列11中包括n个振元，位于所述超声探头10中间位置的振元阵列11 编号为00，在其右侧的振元阵列11编号依次为11、21、31……，在其左侧的振元阵列11编号依次为12、22、32……，其中，编号第一位数字“1”或“2”或“3”……的两个振元阵列11的位置与所述超声探头10中间位置对称，每个振元阵列11中的振元编号为01、02……。进一步地，超声设备通过调用编号，来控制相应的振元阵列11发射聚焦超声波波束，激励所述目标组织振动产生剪切波。所述超声探头10还包括信号接收模块(图中未画出)，用于接收超声波经所述目标组织反射后的回波信号。
在本实施例中，提供了一种振元阵列的确定方法，可用于上述的超声设备，图2是根据本发明实施例的振元阵列的确定方法流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：
S11，激发预设振元阵列向目标组织发射超声波。
其中，所述超声波用于激励所述目标组织产生剪切波。
在这里，超声设备可通过选通的方式，激发所述超声探头10中预设数量、预设位置的振元阵列11按照预设时序向所述目标组织发射超声波。初始状态下，超声探头10通过润滑脂与所述目标组织的预设位置耦合，超声设备首先调用编号“0001-0008”，同时激发位于所述超声探头10中间的振元阵列11中的8个振元向所述目标组织发射一束聚焦超声波波束，所述聚焦超声波波束引起所述目标组织振动，产生剪切波。
需要说明的是，穿刺前，医生会根据病变组织的具体位置，确定所述超声探头10实际耦合在所述目标组织的预设位置，该预设位置以不影响医生对该病变组织进行穿刺为原则即可，当所述超声探头10与所述目标组织耦合的预设位置确定后，穿刺过程中，所述超声探头10可无需移动。
S12，判断是否检测到全局剪切波。
在这里，不同组织对剪切波的衰减速度是不同的，那么激励组织产生全局剪切波所需要的声辐射力也是不同的。当S11中所述的预设振元阵列发射的超声波的声辐射力产生的剪切波没有被检测到时，便说明所述剪切波由于衰减，不足以在所述目标组织中进行全局传播，不能得到包含所述目标组织的全部结构或预设范围内的结构的图像，影响后续对穿刺针的成像，因此执行S13。反之，当检测到全局剪切波时，说明所述预设振元阵列发射的超声波激励目标组织振动产生的剪切波能够在所述目标组织中进行全局传播，因此可直接确定所述目标组织对应的目标振元阵列的分布便是位于所述超声探头10中间的振元阵列11。
在这里，可利用超快速平面波成像技术对所述剪切波进行成像，通过成像结果确定是否能够检测到全局剪切波。具体地，可将所述成像图像与包含所述目标组织全部结构的超声图像进行对比，以此判断成像图像中是否包含了所述目标组织的完整结构，进而判断是否检测到全局剪切波。
S13，调整所述超声探头中用于发射所述超声波的振元阵列，以确定所述目标组织对应的目标振元阵列的分布。
在这里，超声设备可调整所述超声探头中用于发射所述超声波的振元阵列的数量、位置、发射时序，使得所述目标组织对应的目标振元阵列发射出的超声波，满足超声探头10的信号接收模块的接收条件。
沿用上例，当初始状态下位于超声探头10中间位置的振元阵列11中的8 个振元发出的一束聚焦超声波波束所产生的剪切波不足以在所述目标组织中进行全局传播时，超声设备增加激发的振元阵列11的数量，例如增加编号“1101-1108”的振元阵列11，同时激发两个振元阵列，当其产生的剪切波不还不足以在所述目标组织中进行全局传播时，超声设备可再次增加所述振元阵列的数量，直至能够检测到全局剪切波为止。
除此之外，超声设备还可根据成像结果，判断每个振元阵列11所能够产生的剪切波的传播范围，根据该传播范围，合理分配所述超声探头10中振元阵列 11的位置，以使得激发的各个振元阵列11所产生的剪切波互相弥补，最终能够产生在所述目标组织中全局传播的剪切波。
作为本发明实施例的一种可选实施方式，如图3所示，上述S12可包括：
S121，接收所述目标组织基于所述超声波反馈的信号。
在这里，在产生剪切波的同时，所述超声探头10可额外向所述目标组织发射超声波，利用所述超声波对所述剪切波进行检测，由所述可由所述超声探头 10中的信号接收模块接收所述超声波的回波信号，并将所述回波信号发送至超声设备。
S122，对所述反馈的信号进行成像。
超声设备接收到所述回波信号后，将其经过滤波、放大以及数字化后，利用自时域互相关算法计算得到所述全局剪切波沿纵向的速度，进而转化为位移，再以时间为横轴、所述位移为纵轴，绘制时间-位移曲线，利用所述曲线中峰峰值之间差值，计算得到所述全局剪切波的传播速度，将所述传播速度映射至图像中，得到所述全局剪切波在所述目标组织中的传播图像。
在这里，还可以利用所述全局剪切波的传播速度计算出弹性模量，然后映射至图像中，最终得到所述目标组织的弹性图像。其中，所述全局剪切波的纵向速度可采用如下公式计算：
其中，I、Q分别表示所述回波信号经过正交解调得到的同相信号和正交信号，M表示深度方向取样帧的大小，N表示时间取样帧的大小，m为深度，n 为时间，c表示声速，ts表示采样周期，Ts表示脉冲重复周期，fdem表示回波信号的中心频率，v表示回波信号在时间取样帧内的位移速度。
S123，基于成像结果判断是否检测到全局剪切波。
在这里，当所述弹性图像中能包含所述目标组织的全部结构，或者，能包括预设区域的结构时，则说明能够检测到全局剪切波。具体地，利用图像识别技术或神经网络，将所述弹性图像与所述目标组织的全局超声图像进行比较，当所述弹性图像的边界线包含了所述全局超声图像或预设区域的超声图像边界线处的预设特征点时，便可判断所述弹性图像包含了所述目标组织的全局结构或包含了所述预设区域的结构，进而判断能够检测到全局剪切波。
由于不同组织对剪切波的衰减速度是不同的，且单束剪切波的传播距离有限，导致在穿刺时，剪切波无法有效传播至穿刺针位置，使得穿刺针的图像不完整不清晰。因此，本发明实施例提供的振元阵列的确定方法，通过提前确认所述目标组织产生有效剪切波所需的振元阵列的分布，保证在穿刺时，振元阵列能够发出多角度的超声波波束，以激励目标组织产生全局传播的剪切波，有效解决了由于组织衰减导致剪切波无法有效传播至穿刺针位置导致穿刺针图像不完整、不清晰的问题；除此之外，全局剪切波无需等待剪切波在所述目标组织中向远处传播，可以缩短激发超声探头中振元阵列产生超声声束的等待时间间隔，从而有效提升整体的成像速率。
在本实施例中，提供了一种穿刺针成像方法，可用于上述的超声设备，图 4是根据本发明实施例的穿刺针成像方法流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
S21，获取目标组织对应的目标振元阵列的分布。
所述目标振元阵列的分布是根据图2或图3所示的振元阵列的确定方法确定出的。
在这里，超声设备通过执行图2或图3所示的振元阵列的确定方法，可以确定剪切波在所述目标组织中进行全局传播所需要的目标振元阵列的分布并将其进行存储。其中，所述目标振元阵列的分布包括所述目标振元阵列的数量、位置、发射时序。
S22，激发所述目标振元阵列向所述目标组织发射超声波。
其中，所述超声波用于激励所述目标组织产生全局剪切波。
超声设备根据所述目标振元阵列的数量、位置、发射时序，调用相应的编号，以选通的方式激发所述目标振元阵列向所述目标组织发射超声波，所述超声波引起所述目标组织振动产生全局剪切波；同时，所述超声设备控制所述超声探头10向所述目标组织额外发射超声波，该超声波在所述目标组织内形成扫描切面，以对所述全局剪切波进行检测。
S23，获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像。其中，所述目标弹性图像为包含穿刺针的图像。
具体地，穿刺过程中，超声设备获取所述超声波对剪切波进行检测的回波信号，并将所述回波信号滤波、放大以及数字化后，采用自时域互相关算法计算得到所述回波信号的速度值，然后转化为位移值，便可得到所述目标弹性图像。
S24，对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
在这里，超声设备可基于所述穿刺针的线型、长度、宽度等特征参数，利用图像识别技术，识别出所述目标弹性图像中的穿刺针，并将所述穿刺针的图像进行提取，以确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像。作为一种可选实施方式，还可以在所述目标弹性图像中将所述穿刺针的图像进行标识或高亮显示，以对所述穿刺针进行增强显示。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，利用图2或图3所示的振元阵列的确定方法确定出的目标组织对应的目标振元阵列的分布，能够产生与所述目标组织对应的全局剪切波，对所述目标组织进行全局成像，保证在穿刺时，剪切波能够有效传播至穿刺针位置，确保穿刺针图像的完整和清晰；除此之外，全局剪切波无需等待剪切波在所述目标组织中向远处传播，可以缩短激发超声探头中振元阵列产生超声声束的等待时间间隔，从而有效提升整体的成像速率。
作为本发明实施例的一种可选实施方式，如图5所示，上述S23可包括：
S231，利用所述目标振元阵列的分布，确定所述全局剪切波中各个剪切波在所述目标组织内的传播方向。
具体地，所述全局剪切波包括多个剪切波，每个所述剪切波由超声探头10 中的振元阵列激发得到。超声设备中预先存储有所述超声探头10的几何模型，超声设备基于所述目标振元阵列的分布，在所述几何模型中先确定每个聚焦超声波波束与所述超声探头中心轴线的夹角，垂直于所述聚焦超声波波束的方向便为所述剪切波在所述目标组织内的传播方向。
在一个具体的实施例中，所述目标振元阵列的数量为5，在所述超声探头 10的几何模型上的具体位置分布如图1所示。其中，图1中的O表示所述超声探头10表面曲线的圆心，圆心O与中间位置的振元阵列11的连线为所述超声探头10的中心轴线。每个振元阵列11的中心点与所述圆心O的夹角β，为所述每个聚焦超声波波束与所述圆心O的夹角。垂直于所述聚焦超声波波束的方向便为所述剪切波在所述组织内的传播方向。
S232，基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
在这里，可以将图3所示的S122得到的全局剪切波的传播速度映射至图像中，得到所述全局剪切波的传播图像。进一步地，所述S232可包括：
(1)利用各个所述剪切波的传播方向，构建与剪切波对应的方向滤波器。
所述方向滤波器可以为Log Butterworth(巴特沃斯)滤波器，其组成结构如图6所示，在极坐标下的表达公式如下：
式中，HΩ和Hθ分别为滤波器的径向分量和角向分量；NΩ为滤波器径向分量的阶数；Nθ为滤波器角向分量的阶数；HΩ和Hθ分别控制径向和角向的滤波器形状；Ω为径向分量的频率；θ为角向分量的频率；Ω2为径向分量的中心频率；Ω3为径向分量的通带上限截止频率；θ2为角向分量的中心频率；θ3为角向分量的通带上限截止频率；ε为系数，通常1/(1+ε2)等于选择通带允许的最大衰减，一般取ε＝1。
当需要得到β角度方向的方向滤波器，则角向分量的带宽θ3-θ2为β，即，将上式中的θ3-θ2变为β，即可得到所述β角度方向的方向滤波器。
(2)利用所述方向滤波器对所述全局剪切波的传播图像进行滤波处理，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
沿用上例，图1所示的5个振元阵列11发出的5个聚焦超声波波束，能够产生4对相向传播的剪切波，因此，可分别构建8个方向滤波器，其中所述8 个方向滤波器的图像示意图如图7所示。滤波处理过程请参见图8，具体为：先将所述全局剪切波的传播图像进行二维傅里叶变换，得到其对应的第一频谱图；再分别将所述8个方向滤波器与所述第一频谱图卷积运算，得到第二频谱图；最后将所述第二频谱图进行二维傅里叶反变换，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
S233，根据所述各个剪切波对应的速度分布子图像，计算得到各个剪切波对应的速度矢量。
具体地，一个剪切波对应一组速度分布子图像，通过确定同一参考点分别在相邻两帧速度分布子图像中的位置矢量，再结合所述相邻两帧速度分布子图像的时间间隔，便可获得每个所述剪切波对应的速度矢量。
S234，将所有所述剪切波对应的速度矢量合成，得到目标速度值。
具体地，在所述目标组织的二维平面内选取不同的参考点，将所有所述剪切波对应的速度矢量进行合成，得到所述不同参考点处的目标速度值。
S235，利用所述目标速度值，计算得到所述目标弹性图像。
具体地，先采用如下公式计算得到剪切波在所述不同参考点处的杨氏模量值，然后将所有参考点处的杨氏模量值映射至图像中，便可得到所述目标弹性图像。
E＝3ρV2
其中，E表示杨氏模量，ρ表示所述目标组织的密度值，V表示所述目标速度值。
由于全局剪切波在传播过程中，相向传播的剪切波会产生干涉，影响后续计算和处理的准确性。因此，本发明实施例提供的穿刺针成像方法，基于各个剪切波的传播方向，对所述各个剪切波进行方向滤波，解决了全局剪切波的干涉问题，为后续在所述目标弹性图像中确定出所述穿刺针图像提供了基础。
作为本发明实施例的另一种可选实施方式，可利用图3所示的S122中得到的弹性图像，进一步地，上述目标弹性图像可采用如下方法得到：
(1)基于各个所述剪切波的传播方向，构建方向滤波器；
(2)利用所述方向滤波器，对所述弹性图像进行方向滤波，得到各个剪切波对应的目标弹性子图像；
(3)将所有所述目标弹性子图像进行合成，得到所述目标弹性图像。
剪切波的传播距离有限，所述不同方向的剪切波能够得到其不同方向上的目标弹性子图像，每个目标弹性子图像中包含的目标组织的结构具有一定的差异。因此，将所述所有目标弹性子图像按照其剪切波的方向或者按照其对应的振元阵列11的位置，依次排序，最后将相邻的目标弹性子图像叠加，去除重合的部分，便可得到所述目标组织的目标弹性图像。
由于全局剪切波在传播过程中，相向传播的剪切波会产生干涉，影响后续计算和处理的准确性。因此，本发明实施例提供的穿刺针成像方法，基于各个剪切波的传播方向，对所述各个剪切波进行方向滤波，解决了剪切波的干涉问题，得到其对应的目标弹性子图像，最后将所述目标弹性子图像进行合成，得到所述目标弹性图像，为后续在所述目标弹性图像中确定出所述穿刺针图像提供了基础。
图9是根据本发明实施例的穿刺针成像方法的完整流程图，如图9所示，该流程包括：
S31，获取目标组织对应的目标振元阵列的分布。
详细请参见图4所示的S21，在此不再赘述。
S32，激发所述目标振元阵列向所述目标组织发射超声波。
详细请参见图4所示的S22，在此不再赘述。
S33，获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像。
所述S33可包括：
S331，利用所述目标振元阵列的分布，确定所述全局剪切波中各个剪切波在所述目标组织内的传播方向。
详细请参见图5所示的S231，在此不再赘述。
S332，基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
详细请参见图5所示的S232，在此不再赘述。
S333，根据所述各个剪切波对应的速度分布子图像，计算得到各个剪切波对应的速度矢量。
详细请参见图5所示的S233，在此不再赘述。
S334，将所有所述剪切波对应的速度矢量合成，得到目标速度值。
详细请参见图5所示的S334，在此不再赘述。
S335，利用所述目标速度值，计算得到所述目标弹性图像。
详细请参见图5所示的S335，在此不再赘述。
S34，对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
可选地，所述S34包括：
S341，获取所述穿刺针的实体参数。
其中，所述实体参数包括长度、宽度、线型。
超声设备中提前存储有不同型号的穿刺针的实体参数。在穿刺前，医生根据目标区域的特性参数，例如深度等，选择好相应的穿刺针后，在所述超声设备的人机交互界面或其他输入设备上，将其所用的穿刺针型号输入所述超声设备，超声设备根据所述型号，便可获取到所述穿刺针的实体参数。
S342，对所述目标弹性图像进行二值化处理，得到二值化图像。
S343，对所述二值化图像进行直线检测，得到所述穿刺针所在的直线位置。
具体地，可采用Hough直线检测算法，对所述二值化图像进行直线检测，确定所述穿刺针所在的直线位置。
S344，提取所述直线位置区域中与所述穿刺针特征匹配的像素点集。
具体地，利用图像处理技术或者神经网络，对所述直线位置区域附近的穿刺针特征点进行提取，得到所述像素点集。
S345，基于所述实体参数，对所述像素点集进行拟合，得到所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
具体地，还可以将所述穿刺针图像与所述像素点集共同输入神经网络，由神经网络对所述像素点集进行拟合，便可得到所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
作为本发明实施例的一种可选实施方式，所述S345还可包括：
1.1)将所述穿刺针图像与所述目标弹性图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第一叠加图像。
具体地，根据上述得到的穿刺针所在的直线位置，便可确定所述穿刺针在所述目标弹性图像中的位置，再将S345得到的穿刺针图像叠加至所述目标弹性图像中的该位置处，便可得到所述第一叠加图像。
1.2)将所述第一叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，将穿刺针图像进行高亮显示，以提高穿刺针图像的对比度，便于医生识别。
作为本发明实施例的另一种可选实施方式，所述S345还可包括：
2.1)获取所述目标组织的超声图像。
2.2)将所述穿刺针图像与所述目标组织的超声图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第二叠加图像。
具体地，将所述穿刺针图像中预设特征点与预设参考点之间的距离作为所述穿刺针图像与所述目标组织的超声图像的叠加参数；根据所述叠加参数，将所述穿刺针图像与所述目标组织的超声图像进行叠加，得到所述叠加图像。
2.3)将所述第二叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
本发明实施例提供的穿刺针成像方法，由于超声图像与所述目标弹性图像相比，具有更高的分辨率，因此，将穿刺针图像与目标组织的超声图像叠加，能获得更加清晰的图像供医生实时查看，除此之外，将所述穿刺针图像进行高亮显示，以提高穿刺针图像的对比度，便于医生识别。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种超声设备，请参阅图10，图10 是本发明可选实施例提供的一种超声设备的结构示意图，如图10所示，该超声设备可以包括：至少一个处理器41，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口43，存储器44，至少一个通信总线42。其中，通信总线42用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口43可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口43还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器44可以是高速RAM存储器(Random Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器44可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器41的存储装置。存储器44中存储应用程序，且处理器41调用存储器44 中存储的程序代码，以用于执行上述任一方法步骤。
其中，通信总线42可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线42可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器44可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文： flash memory)，硬盘(英文：harddisk drive，缩写：HDD)或固态硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器44还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器41可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器41还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD 可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写： CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写： FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器44还用于存储程序指令。处理器41可以调用程序指令，实现如本申请图2-图3实施例中所示的振元阵列的确定方法，和/或，图4-图9 所示的穿刺针成像方法。
根据第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的振元阵列的确定方法，和/或，穿刺针成像方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种振元阵列的确定方法，其特征在于，用于超声设备中，所述超声设备包括超声探头，所述超声探头具有至少一个振元阵列，所述方法包括：
激发预设振元阵列向目标组织发射超声波；其中，所述超声波用于激励所述目标组织产生剪切波；
判断是否检测到全局剪切波；
当检测不到全局剪切波时，调整所述超声探头中用于发射所述超声波的振元阵列，以确定所述目标组织对应的目标振元阵列的分布；
其中，所述判断是否检测到全局剪切波，包括：
接收所述目标组织基于所述超声波反馈的信号；
对所述反馈的信号进行成像：对所述反馈的信号利用自时域互相关算法计算得到所述全局剪切波沿纵向的速度，并转化为位移，再以时间为横轴、所述位移为纵轴，绘制时间-位移曲线，利用所述曲线中峰峰值之间差值，计算得到所述全局剪切波的传播速度，利用所述全局剪切波的传播速度计算出弹性模量，然后映射至图像中，最终得到所述目标组织的弹性图像作为成像结果；
基于成像结果判断是否检测到全局剪切波；所述基于成像结果判断是否检测到全局剪切波，包括：
将所述成像结果与所述目标组织的全局超声图像进行比较，当所述成像结果的边界线包含了所述全局超声图像或预设区域的超声图像边界线处的预设特征点时，判断所述成像结果包含了所述目标组织的全局结构或包含了所述预设区域的结构，进而判断能够检测到全局剪切波。
2.一种穿刺针成像方法，其特征在于，包括：
获取目标组织对应的目标振元阵列的分布；所述目标振元阵列的分布是根据权利要求1所述的振元阵列的确定方法确定出的；
激发所述目标振元阵列向所述目标组织发射超声波；其中，所述超声波用于激励所述目标组织产生全局剪切波；
获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像；其中，所述目标弹性图像为包含穿刺针的图像；
对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
3.根据权利要求2所述的穿刺针成像方法，其特征在于，所述获取所述全局剪切波在所述目标组织内的成像结果，得到目标弹性图像，包括：
利用所述目标振元阵列的分布，确定所述全局剪切波中各个剪切波在所述目标组织内的传播方向；
基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像；
根据所述各个剪切波对应的速度分布子图像，计算得到各个剪切波对应的速度矢量；
将所有所述剪切波对应的速度矢量合成，得到目标速度值；
利用所述目标速度值，计算得到所述目标弹性图像。
4.根据权利要求3所述的穿刺针成像方法，其特征在于，所述基于各个所述剪切波的传播方向，对所述全局剪切波进行方向滤波，得到各个剪切波对应的速度分布子图像，包括：
利用各个所述剪切波的传播方向，构建与剪切波对应的方向滤波器；
利用所述方向滤波器对所述全局剪切波的传播图像进行滤波处理，得到各个剪切波对应的速度分布子图像。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的穿刺针成像方法，其特征在于，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，包括：
获取所述穿刺针的实体参数；其中，所述实体参数包括长度、宽度、线型；
对所述目标弹性图像进行二值化处理，得到二值化图像；
对所述二值化图像进行直线检测，得到所述穿刺针所在的直线位置；
提取所述直线位置区域中与所述穿刺针特征匹配的像素点集；
基于所述实体参数，对所述像素点集进行拟合，得到所述目标弹性图像中的穿刺针图像。
6.根据权利要求2-4中任一项所述的穿刺针成像方法，其特征在于，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，还包括：
将所述穿刺针图像与所述目标弹性图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第一叠加图像；
将所述第一叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的穿刺针成像方法，其特征在于，所述对所述目标弹性图像进行图像处理，确定所述目标弹性图像中的穿刺针图像，还包括：
获取所述目标组织的超声图像；
将所述穿刺针图像与所述目标组织的超声图像进行叠加，得到所述目标组织与所述穿刺针的第二叠加图像；
将所述第二叠加图像中的所述穿刺针图像进行高亮显示。
8.一种超声设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1所述的振元阵列的确定方法，和/或，权利要求2-7中任一项所述的穿刺针成像方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1所述的振元阵列的确定方法，和/或，权利要求2-7中任一项所述的穿刺针成像方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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