CN112568932A - 一种穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供的穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备，通过获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，进而将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；将显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；在显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从显影增强帧数据中清除；将显影增强帧数据与常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。可见，本发明不仅去除了背景噪声和伪影，而且还去除了穿刺针数据中的其他干扰，使得穿刺针在超声图像中能更清晰、准确的显示，显示效果好。

Description

一种穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备。

背景技术

传统的超声二维成像中，由于穿刺针通常是倾斜着刺入人体组织（超声扫查对象）内的，其与超声波的传播路径不垂直，故得到的超声图像中，组织内的穿刺针显示不明显，不利于医生进行相关的操作。现有技术通常采用增强帧与常规帧融合的方法来加强穿刺针的显示效果，此种方式由于只是简单的图像融合，容易出现伪影、噪声等，故融合后的超声图像中穿刺针的显示效果有待提高。

发明内容

本发明提供一种穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备，以提高穿刺针的显示效果。

一实施例提供一种穿刺针显影增强的方法,包括：

获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；

将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；

将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；

在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；

将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。

一实施例提供的所述的方法中，还包括：显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

一实施例提供的所述的方法中，所述将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合之前，还包括：

将所述显影增强帧数据中穿刺针显影区域的灰度值进行加强。

一实施例提供的所述的方法中，所述将所述穿刺针显影区域数据与所述常规图像帧数据进行融合，包括：

逐一比较所述显影增强帧数据中穿刺针显影区域各点与所述常规图像帧数据中对应的点的灰度值，将两个灰度值中较明显的灰度值作为超声图像帧数据对应的点的灰度值。

一实施例提供的所述的方法中，所述获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，包括：

超声探头朝向超声扫查对象发射超声波，接收所述超声波的回波，根据所述回波得到常规图像帧数据；

超声探头朝向穿刺针发射超声波，接收所述超声波的回波，根据所述回波得到第一超声回波数据；根据穿刺针的穿刺角度，将所述第一超声回波数据进行角度转换，得到图像尺寸和空间位置关系与常规图像帧数据相同的显影增强帧数据。

一实施例提供的所述的方法中，所述将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据，包括：

通过机器学习的聚类方法，将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据。

一实施例提供一种穿刺针显影增强的系统，包括：

图像获取模块，用于获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；

区域划分模块，用于将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据，将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；

区域筛选模块，用于在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；

图像融合模块，用于将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。

一实施例提供的测量系统，还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

一实施例提供一种超声成像设备，包括：

超声探头，用于发射超声波，接收所述超声波的回波；

显示器；

处理器，用于控制所述超声探头向超声扫查对象发射超声波，根据所述超声探头接收的回波得到常规图像帧数据；控制所述超声探头向穿刺到超声扫查对象内的穿刺针发射超声波，根据所述超声探头接收的回波得到显影增强帧数据；所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据；通过所述显示器显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

一实施例提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上所述的方法。

依据上述实施例的穿刺针显影增强的方法、系统和超声成像设备，通过获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，进而将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；将显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；在显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从显影增强帧数据中清除；将显影增强帧数据与常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。可见，本发明不仅去除了背景噪声和伪影，而且还去除了穿刺针数据中的其他干扰，使得穿刺针在超声图像中能更清晰、准确的显示，显示效果好。

附图说明

图1为本发明提供的穿刺针显影增强的系统一实施例的结构框图；

图2为本发明提供的穿刺针显影增强的方法一实施例的流程图；

图3为本发明提供的穿刺针显影增强的系统中，以超声成像对象为目标进行超声扫查的示意图；

图4为本发明提供的穿刺针显影增强的系统中，以穿刺针为目标进行超声扫查的示意图；

图5为本发明提供的超声成像设备一实施例的结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

如图1所示，本发明提供的穿刺针显影增强的系统，包括图像获取模块10、区域划分模块20、区域筛选模块30、图像增强模块40、图像融合模块50和显示模块60。

图像获取模块10用于获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，其中显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强。

区域划分模块20用于将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据，将显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除。

区域筛选模块30用于在显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从显影增强帧数据中清除。

图像融合模块50用于将显影增强帧数据与常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。

显示模块60用于显示超声图像帧数据对应的超声图像帧。

可见，本发明不仅去除了背景噪声和伪影，而且还去除了穿刺针数据中的其他干扰，使得穿刺针在超声图像中能更清晰、准确的显示，显示效果好。

如图2所示，穿刺针显影增强的系统对穿刺针进行显影增强，其过程可以包括如下步骤：

步骤1、获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据。超声扫查对象可以是各类需要检查的目标组织。系统还包括存储器，存储器存储有超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，图像获取模块10可以从存储器中获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据。图像获取模块10也可以从其他设备获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据。系统还可以包括超声探头，图像获取模块10还可以控制超声探头向超声扫查对象发射超声波，控制超声探头接收超声波的回波，根据回波生成常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据等。本实施例以后者为例进行说明。

具体的，图像获取模块10控制超声探头交替的对超声扫查对象和穿刺针进行实时扫查，交替得到对应的常规图像帧数据和显影增强帧数据，即，常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据是两个连续的数据帧。超声探头对超声扫查对象进行扫查，如图3所示，超声探头81朝向超声扫查对象a发射超声波（图3中箭头所示），接收该超声波的回波，图像获取模块10对该回波进行处理得到常规图像帧数据。常规图像帧数据不仅包含了超声扫查对象a的图像，而且也包含了常规图像帧的图像尺寸和相对于人体的空间位置关系，其显影区域（显示区域）为A1。具体过程可以采用常规方式，在此不做赘述。常规图像帧数据可以是回波经过波束合成之后的数据，例如可以是波束合成之后、生成常规图像帧之前的原始数据，也可以是基于该原始数据生成的常规图像帧（主要以超声扫查对象为目标的超声图像帧），本实施例以前者为例进行说明。采用原始数据进行后续处理，不仅数据处理量相较于采用常规图像帧进行处理来的少，而且处理过程更为准确可靠。

超声探头81对穿刺针b进行扫查，如图4所示，超声探头81朝向穿刺针b发射超声波（图4中箭头所示），具体的，医生可以根据穿刺针b的穿刺角度，将超声探头81进行相应的倾斜，使其发出的超声波与穿刺针b的穿刺方向垂直，从而能让后续得到的显影增强帧数据中的穿刺针图像效果最好。超声探头81接收该超声波的回波，图像获取模块10根据该回波得到第一超声回波数据。由于图4超声波发射角度与图3不同，第一超声回波数据若按常规图像的处理方式进行处理，则其显影区域（显示区域）为A2，本实施例中，图像获取模块10根据穿刺针b的穿刺角度，将第一超声回波数据进行角度转换，得到图像尺寸和空间位置关系与常规图像帧数据相同的显影增强帧数据，换而言之，将显影区域为A2的第一超声回波数据进行处理后，得到了显影区域为A1的显影增强帧数据。常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据的图像尺寸和空间位置关系相同，便于后续的图像融合。

显影增强帧数据可以是回波经过波束合成之后的数据，例如可以是波束合成之后、生成显影增强帧之前的原始数据，也可以是基于该原始数据生成的显影增强帧（主要以穿刺针为目标的超声图像帧），本实施例以前者为例进行说明。采用原始数据进行后续处理，不仅数据处理量相较于采用显影增强帧进行处理来的少，而且处理过程更为准确可靠。

步骤2、将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据。例如，区域划分模块20通过机器学习的聚类方法，以像素级别将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据。由于超声图像中穿刺针的亮度最高（灰度值大），伪影次之，故通过聚类可以将三者很好的区分开。聚类方法或者说是聚类算法，可采用常规的聚类算法，例如K均值聚类等。

步骤3、将显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除，有利于提高融合后穿刺针显示的准确性和清晰度。区域划分模块20清除背景噪声数据和伪影数据，可以是将背景噪声数据和伪影数据清零，反映到显影增强帧上可以是背景噪声区域和伪影区域透明或变为背景，便于凸显内穿刺针。

步骤4、在显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从显影增强帧数据中清除。例如，显影增强帧中的背景噪声区域和伪影区域置零了，区域筛选模块30取余下的非零区域中最大连通区域作为穿刺针显影区域，将其它非零区域作为斑块噪声清零。其它非零区域的清零同步骤3中的清零，在此不做赘述。步骤2中划分的穿刺针数据，其可能还有其他的干扰，本步骤将其它非零区域作为斑块噪声清零，使得剩下的穿刺针数据更为准确可靠。

步骤5、图像增强模块40将显影增强帧数据中穿刺针显影区域的灰度值进行加强。例如，由于穿刺针在超声图像中偏白（灰度值较大），故图像增强模块40将显影增强帧数据中穿刺针显影区域的各个像素点的灰度值增加一预设值，从而让穿刺针显示出来时更明亮、更凸出。预设值可以根据需要进行设置。本实施例中，显影增强帧数据为生成显影增强帧之前的原始数据，故调整其与像素的灰度值对应的数据元素，以提高灰度值即可，非常方便。

步骤6、将显影增强帧数据与常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。例如，图像融合模块50逐一比较显影增强帧数据中穿刺针显影区域各点与常规图像帧数据中对应的点的灰度值，将两个灰度值中较明显的灰度值作为超声图像帧数据对应的点的灰度值。显影增强帧中的穿刺针显影区域是明确的，本实施例中，显影增强帧与常规图像帧的图像尺寸和空间位置关系相同，故显影增强帧中的穿刺针显影区域是已知的，那么常规图像帧中的穿刺针显影区域也是已知的，显然，融合后的超声图像帧的穿刺针显影区域也是已知的。显影增强帧与常规图像帧的穿刺针显影区域上的像素点一一对应，分别比较这两个区域上对应像素点的灰度值大小，将灰度值大的像素点作为融合后的超声图像帧中穿刺针显影区域对应像素点。图像融合模块50还取常规图像帧数据中穿刺针显影区域以外的数据作为超声图像帧数据中穿刺针显影区域以外的数据。由此，完成了图像融合，得到的超声图像帧数据中，不仅超声成像对象a显示清晰，而且穿刺针b也很清晰凸出，有利于医生定位穿刺针b在超声成像对象a中的位置和角度。

步骤7、显示超声图像帧数据对应的超声图像帧。本实施例中，超声图像帧数据属于原始数据，故图像融合模块50将超声图像帧数据进行图像处理后，得到超声图像帧，并通过显示模块60显示该超声图像帧。在超声图像帧数据为超声图像帧的实施例中，显示模块60直接显示超声图像帧。显示模块60可以是各类型的显示器。超声成像设备实时扫查时，交替得到一帧常规图像帧数据及其对应的一帧显影增强帧数据，进而通过图2所示的步骤显示融合后的一帧超声图像帧，由此循环往复，可以实现实时扫查、实时显示，医生能在显示模块60上看到实时更新的超声图像，便于医生操作穿刺针进行相关的作业。

综上所述，本发明提供的方法和系统，先将增强帧图像分为背景噪声、伪影和穿刺针三类，通过机器学习的聚类方法，区分出对应的图像区域，进而可直接消除背景噪声和伪影，只保留穿刺针区域。最终对增强帧中的穿刺针区域进行图像增强后，再与常规帧进行融合，从而达到穿刺针显影增强的效果，也使得医生在超声图像中更准确地定位到穿刺针在组织中的位置并且减少了被伪影影响到的可能。

如图5所示，本发明还提供一种超声成像设备，其包括：超声探头81，发射和接收模块82，处理器83和显示器84。

超声探头81，其包括至少一个换能器，用于发射超声波，接收超声波的回波。

发射和接收模块82，其分别与超声探头81和处理器83连接，用于将发射序列、接收序列传输给超声探头81，并将超声探头81接收的超声波的回波传输给处理器83。

处理器83用于产生用于控制超声探头81发射超声波的发射序列，产生用于控制超声探头81接收超声波的回波的接收序列，对超声探头接收的回波进行处理生成超声图像。

本实施例中，处理器83还用于控制超声探头81向超声扫查对象a发射超声波，根据超声探头81接收的回波得到常规图像帧数据，常规图像帧数据能够生成超声扫查对象a的常规超声图像帧；控制超声探头81向穿刺到超声扫查对象a内的穿刺针b发射超声波，根据超声探头81接收的回波得到显影增强帧数据，显影增强帧数据能够生成穿刺针b的常规超声图像帧；显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强。处理器83将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；将显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；之后在显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从显影增强帧数据中清除；之后将显影增强帧数据与常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据；通过显示器84显示超声图像帧数据对应的超声图像帧。

可见，上述系统的功能可以由处理器83完成，换而言之，处理器83包括上述的：图像获取模块10、区域划分模块20、区域筛选模块30、图像增强模块40和图像融合模块50。由于处理器83包含的这些功能模块的具体功能，以及对穿刺针显影增强的详细过程在上述实施例中已阐述，故在此不做赘述。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种穿刺针显影增强的方法,其特征在于，包括：

获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；

将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；

将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；

在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；

将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合之前，还包括：

将所述显影增强帧数据中穿刺针显影区域的灰度值进行加强。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述穿刺针显影区域数据与所述常规图像帧数据进行融合，包括：

逐一比较所述显影增强帧数据中穿刺针显影区域各点与所述常规图像帧数据中对应的点的灰度值，将两个灰度值中较明显的灰度值作为超声图像帧数据对应的点的灰度值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，包括：

超声探头朝向超声扫查对象发射超声波，接收所述超声波的回波，根据所述回波得到常规图像帧数据；

超声探头朝向穿刺针发射超声波，接收所述超声波的回波，根据所述回波得到第一超声回波数据；根据穿刺针的穿刺角度，将所述第一超声回波数据进行角度转换，得到图像尺寸和空间位置关系与常规图像帧数据相同的显影增强帧数据。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据，包括：

通过机器学习的聚类方法，将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据。

7.一种穿刺针显影增强的系统,其特征在于，包括：

图像获取模块，用于获取超声扫查对象的常规图像帧数据及其对应的显影增强帧数据，所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；

区域划分模块，用于将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据，将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；

区域筛选模块，用于在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；

图像融合模块，用于将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

9.一种超声成像设备,其特征在于，包括：

超声探头，用于发射超声波，接收所述超声波的回波；

显示器；

处理器，用于控制所述超声探头向超声扫查对象发射超声波，根据所述超声探头接收的回波得到常规图像帧数据；控制所述超声探头向穿刺到超声扫查对象内的穿刺针发射超声波，根据所述超声探头接收的回波得到显影增强帧数据；所述显影增强帧数据用于对穿刺针进行显影增强；将显影增强帧数据划分为背景噪声数据、伪影数据和穿刺针数据；将所述显影增强帧数据中的背景噪声数据和伪影数据清除；在所述显影增强帧数据的未清除数据所对应的图像区域中，将最大的连通区域作为穿刺针显影区域，并将其它连通区域对应的数据从所述显影增强帧数据中清除；将所述显影增强帧数据与所述常规图像帧数据进行融合，得到穿刺针显影增强的超声图像帧数据；通过所述显示器显示所述超声图像帧数据对应的超声图像帧。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1至6中任意一项所述的方法。

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