CN113040814A - 超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统，所述处理方法包括：选取检测区域；覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。本发明采用同一探头进行超声空化处理以及进行成像，并根据成像结果反馈调整发射的空化探测脉冲信号，实现精确检测。
Description
技术领域
本发明属于医疗超声技术领域，主要涉及一种超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统。
背景技术
超声成像因其无创性、实时性、操作方便、价格便宜等诸多优势，使其成为临床上应用最为广泛的辅助诊断的手段之一。
超声微泡空化技术是一种新兴的技术，目前处于高速发展阶段，采用该技术制造的超声微泡设备用于辅助药物吸收以治疗肿瘤等疾病。
现有技术中，通常采用超声微泡空化设备进行治疗，之后，再采用超声成像设备进行后续的成像检查，两种设备分开使用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种超声微泡空化设备的成像处理方法，所述方法包括：选取检测区域；
覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；
依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；
所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；
所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；
根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数包括：
对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；
对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域的大小表示所述空化覆盖率；
对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
作为本发明一实施方式的进一步改进，根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实时调整所述发射空化探测脉冲信号包括：
若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述方法还包括：
判断探头的类型，
若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；
若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号之前，所述方法还包括：
将获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建。
为了实现上述发明目另一，本发明一实施方式提供一种超声微泡空化设备的成像处理系统，所述系统包括：轮廓提取模块，用于选取检测区域；
检测模块，用于覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；
处理模块，用于依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；
所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；
所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；
反馈模块，用于根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，处理模块具体用于：
对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；
对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域面积的大小表示所述空化覆盖率；
对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
作为本发明一实施方式的进一步改进，反馈模块具体用于：
若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述检测模块还用于：
判断探头的类型，
若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；
若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述系统还包括：三维重建模块，所述三维重建模块用于将获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统，采用同一探头进行超声空化处理以及进行成像，并根据成像结果反馈调整发射的空化探测脉冲信号，实现精确检测。
附图说明
图1本发明成像过程的示意图；
图2是本发明一实施方式提供的超声微泡空化设备的成像处理方法的流程示意图；
图3是具有不同的电子延迟参数下获得的聚焦效果的比对示意图；
图4是本发明一具体示例的结构示意图；
图5是本发明一实施方式提供的超声微泡空化设备的成像处理系统的模块示意图
图6是在图5基础上形成的较佳实时方式的超声微泡空化设备的成像处理系统的模块示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
需要说明的是，本发明涉及可采用同一探头进行超声空化处理和实时成像的超声微泡空化设备，该设备可辅助病患对药物的吸收，进而实现治疗的目的；相应的，待测区域通常待检测的组织区域，具体的，待测区域为病灶区域；在此不做详细赘述。
结合图1、图2所示，本发明一实施方式中超声微泡空化设备的成像处理方法包括：
S1、选取检测区域；
S2、覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；
S3、依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；
所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；
所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；
S4、根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
对于步骤S1，所述检测区域的大小、形状、位置可以由用户任意指定，也可以由设备主动获取；
较佳的，本申请的超声微泡空化设备根据病灶轮廓进行边缘提取，形成检测区域。
所述超声微泡空化技术为一种新兴的技术，当超声波通过液体时,例如：血液,液体各处的声压会发生周期性的变化。相应地，液体中的微泡核也会随超声频率发生周期性的振荡；在低声强下，气泡的径向振荡受声压控制，微气泡沿着平衡半径左右振荡多次，在每一个振荡的微气泡周围将产生辐射压力和微束流；微束流能在气泡表面附近产生非常高的切变应激力，使气泡变形甚至破裂，导致邻近的细胞或生物大分子受到影响，产生一定的生物学效应；这种微泡随声压以其半径为平衡半径做周期性的振荡运动称为稳态空化；当作用声强增大，使气泡的振荡幅度可与其平衡尺寸相比拟时，气泡的振动即转而由其周围媒质的惯性所控制；空化核在超声场负压相半周期迅速膨胀，而在正压相半周期又急剧收缩至内爆，这种空化称作瞬态空化或惯性空化。瞬态空化时气泡振荡十分猛烈，最初气泡先是爆炸式地膨胀，随后又迅速萎陷；在最后萎陷阶段，会产生局部高温、高压现象；泡内部的压力和温度可以达到几百上千个大气压和数千开，此外还伴随强大冲击波、高速微射流、自由基的产生；这些极端的物理条件和化学基团的形成对正常细胞的结构和酶的生物活性有极大的破坏作用，但同时对肿瘤细胞可进行有效的杀伤；与稳态空化相比，瞬态空化除了微气泡发生剧烈的崩溃外，另一个不同之处在于瞬态空化的产生须具有一定的阈值，即当超声的声压达到一定值时，才会引发瞬态空化过程；研究表明，在瞬态空化下，细胞和组织受到生物学损伤的危险性较高；高强度的压力波会使细胞损伤、破裂、DNA断裂，以及血液溶血、组织损伤、出血等。本发明通过控制发射参数的数值在一定范围内，可控制该设备用于辅助吸收药物。
对于步骤S2，超声微泡空化设备开启后，会主动配置一组发射参数，第一次发射空化探测脉冲信号时，以配置的发射参数进行发射，在之后发射空化探测脉冲信号时，根据反馈的超声图像进行调整，后续会具体描述；相应的，所述发射参数包括：发射频率Frequency,脉冲长度Pulse Length,发射电压Voltage,持续时间Duration，以及聚焦效应函数FS，所述聚焦效应函数通过控制发射空化探测脉冲信号的电子延迟控制成像效果。
所述发射频率为调节发射脉冲的中心频率；
所述发射脉冲长度，也称之为脉冲宽度，其为调节发射脉冲的周期数；
所述发射电压，通过调节发射电压，以控制发射声功率和机械指数，诊断超声的国际标准下，所述发射声功率以Ispta表示。
结合图3所示，通过控制发射空化探测脉冲信号的电子延迟，左侧获得的聚焦效果为矩形聚焦，右侧获得的聚焦效果为漏斗形聚焦。
较佳的，在发射空化探测脉冲信号之前，所述方法还包括：判断探头的类型，若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
所述探头的类型可通过发射脉冲方式进行确定，其包括两种，即对同一扫描线采用单次发射脉冲或是多次发射脉冲。
需要说明的，本发明的同一超声探头，即用于发射空化探测脉冲信号，又用于接收回波信号，并进行超声B模式成像。
结合图4所示，从左至右的三幅图像依次为：(a)原始的超声图像,(b)对原始图像进行对比度增强获得的对比度增强图像；(c)对对比度增强图像进行滤波获得的预处理图像。
对于步骤S3，基于上述超声空化探测脉冲的RF信号和二维B模式图像分析，对不同声辐照能量下的治疗超声引发的超声空化进行实验监测，即获得所述超声图像；进一步的，利用二维数字图像处理算法消除聚焦超声在B超图像中产生的干涉条纹，即对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；最后，对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域的大小表示所述空化覆盖率；
对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
本发明一具体示例中，N的取值为3。
较佳的，在步骤S4之前，所述方法还包括：S3’，将步骤S3获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建，所述重建的方式例如：采用数值滤波、平滑和插值等方式对超声图像进行图像处理，形成三维模型。
需要说明的是，对于三维模型，根据显示的计算参数不同，其具有多种数据显示模式；本发明具体示例中，以显示计算参数为空化强度，则在三维重建过程中，可以直接以空化强度为映射进行成像。
进一步的，步骤S4包括：若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
具体的，若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，则优先调整脉冲长度和/或持续时间，以加强发射的空化探测脉冲信号的强度；
若空化强度小于预设空化强度阈值，则优先降低发射频率和/或升高发射电压。
较佳的，若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，还可以通过调控发射空化探测脉冲信号的电子延迟，以产生对应的聚焦效应函数FS(Therapy)，进而调整成像效果。
这里需要说明的，若依据获得超声图像进行反馈调整空化探测脉冲信号，则空化覆盖率为高亮区域在整个图像中的面积占比；若依据获得超声图像形成的三维模型进行反馈调整空化探测脉冲信号，则空化覆盖率为高亮区域在整个三维模型中的体积占比，在此不做赘述。
结合图5所示，本发明一实施方式中提供的超声微泡空化设备的成像处理系统，所述系统包括：轮廓提取模块100，检测模块200，处理模块300，反馈模块400。
轮廓提取模块100用于选取检测区域；检测模块200用于覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；处理模块300用于依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；反馈模块400用于根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
较佳的，轮廓提取模块100根据病灶轮廓进行边缘提取，形成检测区域。
检测模块200用于发射空化探测脉冲信号的发射参数，所述发射参数包括：发射频率Frequency,脉冲长度Pulse Length,发射电压Voltage,持续时间Duration，以及聚焦效应函数FS，所述聚焦效应函数通过控制发射空化探测脉冲信号的电子延迟控制成像效果。
较佳的，所述检测模块200还用于：判断探头的类型，若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
处理模块具体用于：基于上述超声空化探测脉冲的RF信号和二维B模式图像分析，对不同声辐照能量下的治疗超声引发的超声空化进行实验监测，即获得所述超声图像；进一步的，利用二维数字图像处理算法消除聚焦超声在B超图像中产生的干涉条纹，即对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；最后，对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域的大小表示所述空化覆盖率；对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
本发明一具体示例中，N的取值为3。
较佳的，结合图6所示，本发明再一较佳实时方式中，所述系统还包括：三维重建模块500，所述三维重建模块500用于将获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建。所述重建的方式例如：采用数值滤波、平滑和插值等方式对超声图像进行图像处理，形成三维模型。
需要说明的是，对于三维模型，根据显示的计算参数不同，其具有多种数据显示模式；本发明具体示例中，以显示计算参数为空化强度，则在三维重建过程中，可以直接以空化强度为映射进行成像。
反馈模块400具体用于：若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
具体的，若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，则优先调整脉冲长度和/或持续时间，以加强发射的空化探测脉冲信号的强度；
若空化强度小于预设空化强度阈值，则优先降低发射频率和/或升高发射电压。
较佳的，若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，还可以通过调控发射空化探测脉冲信号的电子延迟，以产生对应的聚焦效应函数FS(Therapy)，进而调整成像效果。
这里需要说明的，若依据获得超声图像进行反馈调整空化探测脉冲信号，则空化覆盖率为高亮区域在整个图像中的面积占比；若依据获得超声图像形成的三维模型进行反馈调整空化探测脉冲信号，则空化覆盖率为高亮区域在整个三维模型中的体积占比，在此不做赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，和前述方法实施方式中的对应过程可以互相参考，在此不再赘述。
综上所述，本发明的超声微泡空化设备的成像处理方法及成像处理系统，采用同一探头进行超声空化处理以及进行成像，并根据成像结果反馈调整发射的空化探测脉冲信号，实现精确检测。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以保存在保存介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，信息推送服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施方式或者实施方式的某些部分所述的方法。
以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括保存设备在内的本地和远程计算机保存介质中。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声微泡空化设备的成像处理方法，其特征在于，所述方法包括：
选取检测区域；
覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；
依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；
所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；
所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；
根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的超声微泡空化设备的成像处理方法，其特征在于，依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数包括：
对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；
对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域的大小表示所述空化覆盖率；
对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
3.根据权利要求1所述的超声微泡空化设备的成像处理方法，其特征在于，根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实时调整所述发射空化探测脉冲信号包括：
若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
4.根据权利要求1所述的超声微泡空化设备的成像处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断探头的类型，
若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；
若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
5.根据权利要求1所述的超声微泡空化设备的成像处理方法，其特征在于，根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号之前，所述方法还包括：
将获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建。
6.一种超声微泡空化设备的成像处理系统，其特征在于，所述系统包括：
轮廓提取模块，用于选取检测区域；
检测模块，用于覆盖所述检测区域并采用同一探头发射空化探测脉冲信号并进行超声B模式成像；
处理模块，用于依据所述超声B模式成像获取的超声图像获取计算参数，所述计算参数包括：空化覆盖率和/或空化强度；
所述空化覆盖率用于表征超声图像的高亮区域；
所述空化强度用于表征平均空间峰值的能量；
反馈模块，用于根据空化覆盖率和/或空化强度的大小实施调整所述发射空化探测脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的超声微泡空化设备的成像处理系统，其特征在于，处理模块具体用于：
对所述超声图像依次做对比度增强、高斯滤波处理形成预处理图像；
对所述预处理图像高亮区域的面积变化进行量化分析，以高亮区域覆盖检测区域面积的大小表示所述空化覆盖率；
对于所述预处理图像的检测区域中的每一像素点，以其N*N邻域的平均值或方差表征每一像素点对应的所述空化强度。
8.根据权利要求6或7所述的超声微泡空化设备的成像处理系统，其特征在于，反馈模块具体用于：
若空化覆盖率小于预设覆盖率阈值，和/或空化强度小于预设空化强度阈值，则在下一次发射空化探测脉冲信号之前调整所述发射空化探测脉冲信号，否则，以上一次发射的空化探测脉冲信号继续检测。
9.根据权利要求6所述的超声微泡空化设备的成像处理系统，其特征在于，所述检测模块还用于：
判断探头的类型，
若所述类型为二维探头或面阵探头，在每次获取超声图像之前，发射一组空化探测脉冲信号；
若所述类型为一维超声探头，则移动扫查截面，并在每一扫查截面发射一组空化探测脉冲信号。
10.根据权利要求6所述的超声微泡空化设备的成像处理系统，其特征在于，所述系统还包括：三维重建模块，所述三维重建模块用于将获得的超声图像按照时间顺序进行三维重建。
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