CN113040878A - 超声穿刺针的位置信息处理方法、超声设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及超声数据处理技术领域，公开了一种超声穿刺针的位置信息处理方法、超声设备及存储介质，所述方法包括：利用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，在检测到针体运动时，基于当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，将当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，进而得到超声穿刺针在当前帧超声图像中的位置区域，从而能够提供一种实时地、准确地且能够适用于线性探头和非线性探头的超声穿刺针的检测方法。
Description
技术领域
本申请涉及超声数据处理技术领域，尤其涉及一种超声穿刺针的位置信息处理方法、超声设备及存储介质。
背景技术
在超声穿刺的手术过程中，利用超声图像可以看到组织内部结构、超声穿刺针的针尖以及超声穿刺针的针体，因此借助超声手段进行穿刺手术在医疗诊治过程中非常重要。进行超声穿刺时，不仅需要将超声穿刺针准确的扎到待穿刺部位，还需要避开神经组织等特殊部位。实际穿刺过程中，由于超声穿刺针的表面非常光滑，超声波在超声穿刺针的外壁极易形成镜面反射，因此，当超声穿刺针与超声波的发射波束夹角越小，超声针体的回波信号越小，导致超声穿刺针的针体成像效果越差。
相关技术中，超声探头包括线阵探头和非线阵探头，由于线阵探头容易控制每个阵元发射波束的角度，所以基于超声发射波束的偏转控制方法可以使得超声穿刺针的针体成像效果较好，但是该方法并不适用于非线阵探头的情况。非线阵探头的每个阵元发射波束角度不同，很难做到超声波束与超声波针体呈现垂直状态，进而使得超声穿刺针的针体成像效果较好，因此，需要一种超声穿刺针的位置信息处理方法，以解决相关技术中对发射波束的角度进行偏转控制方法难以适用于非线阵探头的情况。
发明内容
本申请实施例提供一种超声穿刺针的位置信息处理方法、超声设备及存储介质，能够提供一种实时地、准确地且能够适用于线性探头和非线性探头的超声穿刺针的检测方法。
第一方面，本申请一实施例提供了一种超声穿刺针的位置信息处理方法，包括：
采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况；
若检测到针体运动，则基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点；
基于筛选出的所述图像点确定所述超声穿刺针在所述当前帧超声图像中的位置区域；
并在显示所述当前帧超声图像时，对所述位置区域进行增强显示处理。
在一些可能的实施例中，所述采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，包括：
对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值；
确定所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值；
若所述位移平均值不大于第一预设阈值，并且所述能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，包括：
从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于所述位移阈值的第一图像点，得到第一图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第一图像点集的最小的第一区域；
将所述第一区域进行增大处理；
从增大的所述第一区域中筛选出能量大于所述能量阈值的第二图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，包括：
从所述当前帧超声图像中筛选出能量大于所述能量阈值的第三图像点，得到第三图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第三图像点集的最小的第二区域；
将所述第二区域进行增大处理；
从增大的所述第二区域中筛选出位移大于所述位移阈值的第四图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
若所述位移平均值大于所述第一预设阈值，或者所述能量平均值大于所述第二预设阈值，则确定未检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
通过以下方法确定所述位移阈值：
基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，所述超声穿刺针所占用的像素数量信息为所述超声穿刺针所占用的像素数量占比，所述基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值，包括：
将所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序；
将在排序结果位于所述像素数量占比处的像素点的位移估计结果确定为所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，所述方法还包括：
通过以下方法确定所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果：
利用零相位的位移估计算法对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果。
第二方面，本申请一实施例提供了一种超声设备，包括：探头、显示单元和处理器；所述探头，用于发射超声波束，并接收超声波穿刺针的回波信号；
所述显示单元，用于显示当前帧超声图像中所述超声穿刺针的位置信息；
所述处理器分别连接所述探头和所述显示单元，被配置为：
采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况；
若检测到针体运动，则基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点；
基于筛选出的所述图像点确定所述超声穿刺针在所述当前帧超声图像中的位置区域；
在显示所述当前帧超声图像时，对所述位置区域进行增强显示处理。
在一些可能的实施例中，执行所述采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，所述处理器被配置为：
对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值；
确定所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值；
若所述位移平均值不大于第一预设阈值，并且所述能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，执行所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，所述处理器被配置为：
从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于所述位移阈值的第一图像点，得到第一图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第一图像点集的最小的第一区域；
将所述第一区域进行增大处理；
从增大的所述第一区域中筛选出能量大于所述能量阈值的第二图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，执行所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，所述处理器被配置为：
从所述当前帧超声图像中筛选出能量大于所述能量阈值的第三图像点，得到第三图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第三图像点集的最小的第二区域；
将所述第二区域进行增大处理；
从增大的所述第二区域中筛选出位移大于所述位移阈值的第四图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，处理器还被配置为：
若所述位移平均值大于所述第一预设阈值，或者所述能量平均值大于所述第二预设阈值，则确定未检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，处理器还被配置为：
通过以下方法确定所述位移阈值：
基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，所述超声穿刺针所占用的像素数量信息为所述超声穿刺针所占用的像素数量占比，执行所述基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值，所述处理器被配置为：
将所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序；
将在排序结果位于所述像素数量占比处的像素点的位移估计结果确定为所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，处理器还被配置为：
通过以下方法确定所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果：
利用零相位的位移估计算法对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果。
第三方面，本申请一实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行如第一方面中任一项所述的方法。
本申请通过提供一种超声穿刺针的位置信息处理方法，利用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，在检测到针体运动时，基于当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，将当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，进而得到超声穿刺针在当前帧超声图像中的位置区域。本申请利用前一帧超声图像和当前帧超声图像进行比较即可基于比较结果来确定是否存在针体运动以排除非针体运动情况，当排除非针体运动后，简单的根据位移和能量即可从当前帧超声图像中检测到超声穿刺针的位置进行增强处理。
由此，本申请不需要控制探头超声波束的角度和方向，故此以解决相关技术中对发射波束的角度可进行偏转控制方法难以适用于线性探头和非线阵探头的情况。且，能量和位移信息的计算复杂度局限于位移估计上，识别的复杂度低，能够实时的进行超声穿刺针的检测，且在排除非针体运动情况下，结合位移和能量两方面来检测又能够保证检测的精度。故此，本申请能够提供一种实时地、准确地且能够适用于线性探头和非线性探头的超声穿刺针的检测方法。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍的附图仅仅是本申请的一些实施例，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中示例性示出了本申请实施例提供的超声设备硬件配置框图；
图2中示例性示出了本申请实施例提供的应用原理示意图；
图3中示例性示出了本申请实施例提供的超声穿刺针的位置信息处理方法的一种流程示意图；
图4中示例性示出了本申请实施例提供的超声穿刺针的图像点的确定方法的一种流程示意图；
图5a中示例性示出了本申请实施例提供的从当前帧超声图像筛选出的第一图像点集的最小的第一区域示意图；
图5b中示例性示出了本申请实施例提供的从当前帧超声图像筛选出的第一图像点集的最小的第一区域增大处理后的示意图；
图5c中示例性示出了本申请实施例提供的筛选后超声穿刺针的图像点的示意图；
图6中示例性示出了本申请实施例提供的超声穿刺针的图像点的确定方法的一种流程示意图；
图7a中示例性示出了本申请实施例提供的从当前帧超声图像筛选出的第三图像点集的最小的第二区域示意图；
图7b中示例性示出了本申请实施例提供的从当前帧超声图像筛选出的第三图像点集的最小的第二区域增大处理后的示意图；
图7c中示例性示出了本申请实施例提供的筛选后超声穿刺针的图像点的示意图；
图8a中示例性示出了本申请实施例提供的前一帧超声图像的示意图；
图8b中示例性示出了本申请实施例提供的当前帧超声图像的示意图；
图8c中示例性示出了本申请实施例提供的当前帧超声图像中每个图像点的位移估计结果进行归一化处理后的示意图；
图8d中示例性示出了本申请实施例提供的经过超声穿刺针的位置信息处理方法的检测结果展示的示意图；
图9中示例性示出了本申请实施例提供的针体检测逻辑的一种流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，″/″表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的″和/或″仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本申请实施例的描述中，″多个″是指两个或多于两个。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，术语″多个″是指两个或两个以上，其它量词与之类似应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
基于本申请描述的示例性实施例，本领域普通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，都属于本申请所附权利要求保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″、″第三″等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明(Unless otherwise indicated)。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。
此外，术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
为进一步说明本申请实施例提供的技术方案，下面结合附图以及具体实施方式对此进行详细的说明。虽然本申请实施例提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。方法在实际的处理过程中或者控制设备执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
图1示出了本申请一个实施例提供的超声设备100的结构示意图。下面以超声设备100为例对实施例进行具体说明。应该理解的是，图1所示超声设备100仅是一个范例，并且超声设备100可以具有比图1中所示的更多的或者更少的部件，可以组合两个或多个的部件，或者可以具有不同的部件配置。图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。
图1中示例性示出了根据示例性实施例中超声设备100的硬件配置框图。
如图1所示，超声设备100例如可以包括：处理器110、存储器120、显示单元130和探头140；其中，
探头140，用于发射超声波束，并接收超声波穿刺针的回波信号；
显示单元130，用于显示当前帧超声图像中所述超声穿刺针的位置信息；
存储器120被配置为存储用于超声图像所需的数据，可包括软件程序，应用界面数据等；
处理器110，分别与所述探头140以及所述显示单元130相连接，被配置为：
采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况；
若检测到针体运动，则基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点；
基于筛选出的所述图像点确定所述超声穿刺针在所述当前帧超声图像中的位置区域；
在显示所述当前帧超声图像时，对所述位置区域进行增强显示处理。
在一些可能的实施例中，执行所述采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，所述处理器110被配置为：
对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值；
确定所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值；
若所述位移平均值不大于第一预设阈值，并且所述能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，执行所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，所述处理器110被配置为：
从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于所述位移阈值的第一图像点，得到第一图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第一图像点集的最小的第一区域；
将所述第一区域进行增大处理；
从增大的所述第一区域中筛选出能量大于所述能量阈值的第二图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，执行所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，所述处理器110被配置为：
从所述当前帧超声图像中筛选出能量大于所述能量阈值的第三图像点，得到第三图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第三图像点集的最小的第二区域；
将所述第二区域进行增大处理；
从增大的所述第二区域中筛选出位移大于所述位移阈值的第四图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
在一些可能的实施例中，处理器110还被配置为：
若所述位移平均值大于所述第一预设阈值，或者所述能量平均值大于所述第二预设阈值，则确定未检测到所述针体运动。
在一些可能的实施例中，处理器110还被配置为：
通过以下方法确定所述位移阈值：
基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，所述超声穿刺针所占用的像素数量信息为所述超声穿刺针所占用的像素数量占比，执行所述基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值，所述处理器110被配置为：
将所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序；
将在排序结果位于所述像素数量占比处的像素点的位移估计结果确定为所述位移阈值。
在一些可能的实施例中，处理器110还被配置为：
通过以下方法确定所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果：
利用零相位的位移估计算法对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果。
图2为根据本申请一个实施例的应用原理的示意图。其中，该部分可由图1所示超声设备的部分模块或功能组件实现，下面将仅针对主要的部件进行说明，而其它部件，如存储器、控制器、控制电路等，此处将不进行赘述。
如图2所示，应用环境中可以包括经由输入输出单元提供的待用户操作的用户界面310、用于显示所述用户界面的显示单元320以及处理器330。
显示单元320可以包括显示面板321、背光组件322。其中，显示面板321被配置为对超声图像进行显示，背光组件322位于显示面板321背面，背光组件322可以包括多个背光分区(图中未示出)，各背光分区可以发光，以点亮显示面板321。
处理器330可以被配置为控制背光组件322中各背光分区的背光源亮度，以及控制探头发射宽波束和接收回波信号。
其中，处理器330可以包括聚焦处理单元331、波束合成单元332、频谱生成单元333。其中聚焦处理单元331可以被配置为对当前帧超声图像执行聚焦处理，聚焦处理包括：以当前帧超声图像中的超声穿刺针为宽波束的聚焦位置，根据超声穿刺针的发射系数向目标检测区域发射宽波束；并接收超声穿刺针针体反馈的回波信号。波束合成单元332被配置为当对目标检测区域的超声穿刺针完成聚焦处理之后，对同一超声穿刺针反馈的回波信号进行波束合成，得到扫描信息。频谱生成单元333被配置为基于各超声穿刺针的扫描信息进行多普勒成像。
目前使用超声波进行穿刺手术主要有两种方式：(1)借助穿刺架或其他引导工具的引导进行辅助穿刺；(2)不借助任何引导工具的徒手穿刺方式。由于第一种方式需要借助引导工具，从而限制了超声穿刺针的灵活性，不利于实际的手术操作过程，但该方式不需要太多的穿刺经验，适合临床经验不足的医生使用；第二种方式需要医生具备一定的穿刺手术经验，因此可以摆脱引导工具的限制，在穿刺过程中可以灵活地变换进针角度。
使用超声波进行穿刺手术的主要目的就是方便、灵活，结合实际的临床操作过程，徒手穿刺方式才是比较好的超声穿刺手段。目前针对徒手穿刺时超声穿刺针位置检测的方法有：基于超声发射波束的偏转控制方法，其中当超声发射波束与超声穿刺针体方向垂直时，探头可以接收到较多的针体回波信号，从而使得穿刺针体具有较好的成像效果。但是该方法比较适合线阵探头，因为线阵探头阵元可以相对容易地实现每个阵元发射相同偏转角度的超声波，但是并不适合非线阵探头使用，这是由于非线阵探头在控制每个阵元的超声波束发射方向与穿刺针体垂直方面，控制逻辑比较复杂，对硬件系统、波束合成算法的要求较高。
另外，在进行穿刺手术时不仅有平面内穿刺，还有平面外穿刺，而基于超声发射波束的偏转控制方法并不适应于平面外穿刺。
为解决上述问题，本申请实施例提供了一种超声穿刺针的位置信息处理方法，该方法通过利用前一帧超声图像和当前帧超声图像进行比较，即可基于比较结果来确定是否存在针体运动以排除非针体运动情况，当排除非针体运动后，简单的根据位移和能量即可从当前帧超声图像中检测到超声穿刺针的位置进行增强处理。由此，本申请不需要控制探头超声波束的角度和方向，故此以解决相关技术中对发射波束的角度可进行偏转控制方法难以适用于线性探头和非线阵探头的情况。且，能量和位移信息的计算复杂度局限于位移估计上，识别的复杂度低，能够实时的进行超声穿刺针的检测，且在排除非针体运动情况下，结合位移和能量两方面来检测又能够保证检测的精度。故此，本申请能够提供一种实时地、准确地且能够适用于线性探头和非线性探头的超声穿刺针的检测方法。
需要说明的是，本申请实施例提供的超声穿刺针的位置信息处理方法可以由超声设备执行，也可以由超声设备之外具有处理能力的设备执行，如计算机、服务器等。
参考图3所示，该方法的主要步骤可包括：
S301，采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况。
S302，若检测到针体运动，则基于当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点。
S303，基于筛选出的图像点确定超声穿刺针在当前帧超声图像中的位置区域。
S304，在显示当前帧超声图像时，对位置区域进行增强显示处理。
本申请实施例中，利用前一帧超声图像和当前帧超声图像进行比较，即可基于比较结果来确定是否存在针体运动以排除非针体运动情况，当排除非针体运动后，简单的根据位移和能量即可从当前帧超声图像中检测到超声穿刺针的位置进行增强处理。且，能量和位移信息的计算复杂度局限于位移估计上，识别的复杂度低，能够实时的进行超声穿刺针的检测，且在排除非针体运动情况下，结合位移和能量两方面来检测又能够保证检测的精度。故此，本申请能够提供一种实时地、准确地且能够适用于线性探头和非线性探头的超声穿刺针的检测方法。
一可选的实施例中，通过以下方法之一或组合实现对当前帧超声图像的针体运动情况进行检测：
针体运动检测的实施方式1：
对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计，得到当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值，若位移平均值不大于第一预设阈值，则确定检测到针体运动，否则，确定未检测到针体运动。
示例性地，利用互相关的位移估计算法、基于相位差的位移估计算法、零相位的位移估计算法中的任意一种算法对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计。
例如，利用互相关的位移估计算法对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计如下所示：
针体尤其是针尖区域在进行穿刺运动时，会在前一帧超声图像和当前帧超声图像中产生时域上的时延，即位移，用τ(t)表示，互相关函数描述前一帧超声图像和当前帧超声图像的相似度，定义公式(1)如下所示：
其中，RXX(τ)表示前一帧超声图像和当前帧超声图像的相似度，x(t)表示t时刻下的超声图像的数据，也即当前帧超声图像的数据，x(t-τ)表示(t-τ)时刻下的超声图像的数据，也即前一帧超声图像的数据，x′(t-τ)为x(t-τ)数据的共轭，T是对当前帧超声图像进行预设的尺寸，τ表示当前帧超声图像与前一帧超声图像对应的预设尺寸之间的位移。RXX(τ)越大表明当前帧超声图像与前一帧超声图像越相似；当RXX(τ)取得最大值时，则得到当前帧超声图像的位移τ(t)。
另外，基于相位差的位移估计算法对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计如下所示：
将当前帧超声图像的前一帧超声图像的图像信号用公式(2)表示，如下所示：
a(t)＝A(t)e-(jωt-θ) (2)
其中，a(t)表示前一帧超声图像的图像信号，A(t)表示图像信号的幅值，θ表示图像信号的初始相位，ω表示探头中心频率，j为复数单位。
检测到针体运动后，接收到的当前帧超声图像的图像信号为前一帧超声图像的图像信号的时延形式，可以用公式(3)表示，如下所示：
b(t)＝A(t+τ)e-(jω(t+τ)-θ) (3)
其中，b(t)表示当前帧超声图像的图像信号，θ表示图像信号的初始相位，ω表示探头中心频率，j为复数单位，A(t)表示信号的幅值，τ表示前一帧超声图像与当前帧超声图像之间的位移。前一帧超声图像与当前帧超声图像的复数互相关函数可以用公式(4)表示，如下所示：
其中，a表示前一帧超声图像的图像信号，b表示当前帧超声图像的图像信号，Rab(t)是t时刻下前一帧超声图像与当前帧超声图像的互相关结果，T是对当前帧超声图像进行预设的尺寸，′＊′表示复数共轭，v表示速度。若回波信号中某个对当前帧超声图像进行预设的尺寸的位移小于波长的1/4，可用公式(5)计算该预设尺寸的位移：
其中，λ0表示步长，
表示相位，u表示该预设尺寸的位移，Rab(t)是t时刻下前一帧超声图像与当前帧超声图像的互相关结果。
另外，零相位的位移估计算法对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计如下所示：
将前一帧超声图像和当前帧超声图像中针体运动前后的回波信号认为是两幅超声图像中图像信号的时移，可以用公式(6)表示，如下所示：
x2(t)＝x1(t+τ) (6)
其中，x1(t+τ)表示(t+τ)时刻下的超声图像的数据，也即当前帧超声图像的数据，x2(t)表示t时刻下的超声图像的数据，也即前一帧超声图像的数据，τ表示当前帧超声图像与前一帧超声图像对应的预设尺寸之间的位移。
由于自相关函数在t＝0处有最大值，所以互相关函数为没有时移的自相关函数，也即在t＝-τ处有最大值。对应的解析信号x1+(t)和x2+(t)的相关函数的相位
在同一时刻有根，可以用公式(7)表示，如下所示：
为了估计时移，需求出
的根，在根的附近，
可近似为以探头中心频率ω为斜率的线性函数。通过有限次迭代可以求出时移，可以用公式(8)表示，如下所示：
其中，x1+和x2+分别为当前帧超声图像的解析信号和前一帧超声图像的解析信号。ω表示探头中心频率，
为tn时刻的相位。
由于位移估计结果可以反映出回波信号运动幅度的大小，并且当前帧超声图像中图像点的位移估计结果越大，表示该图像点的运动程度越大，当前帧超声图像中图像点的位移估计结果越小，表示该图像点的运动程度越小。因此通过上述零相位的位移估计算法等位移估计算法，可以准确得到当前帧超声图像中图像点的位移估计结果。
这里，对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计时，前一帧超声图像可以是当前帧超声图像连续的前一帧超声图像，也可以是当前帧超声图像预设的等间隔帧超声图像，在此并不限定获取前一帧超声图像的具体方式，可根据实际应用情况进行调整。
在得到当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果之后，对各像素点的位移估计结果进行加和求平均值，得到各像素点的位移估计结果的位移平均值。进而利用位移平均值与第一预设阈值的比较确定针体是否运动。这里，第一预设阈值为人工预先设置的位移平均阈值。
在对当前帧超声图像检测针体运动时，存在当前帧超声图像中除针体之外的组织运动的情况，也即位移平均值大于第一预设阈值的情况。由于组织运动对检测针体运动产生干扰，因此需要将除针体之外的组织运动情况筛选掉，从而可以更准确的检测针体运动。
针体运动检测的实施方式2：
确定前一帧超声图像和当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值，若能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到针体运动，否则，确定未检测到针体运动。
示例性地，前一帧超声图像和当前帧超声图像中的每个图像点的能量值均可以通过以下能量公式(9)计算得到：
Power＝sqrt(I*I+Q*Q) (9)
其中，Power表示图像点的能量值，I由IQ数据中的I部分确定，Q由IQ数据中的Q部分确定，IQ数据由所在超声图像确定。
在分别确定前一帧超声图像和当前帧超声图像中的每个图像点的能量值之后，计算前一帧超声图像和当前帧超声图像中相同位置图像点之间的能量差的绝对值，并计算各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值。进而利用能量平均值与第二预设阈值的比较确定针体是否运动。这里，第二预设阈值为人工预先设置的能量平均阈值，一般针体中针尖的能量较大，所以能量平均阈值可以设置的适当大些。
同样的，在对当前帧超声图像检测针体运动时，存在当前帧超声图像中除针体之外的组织运动的情况，也即能量平均值大于第二预设阈值的情况。由于组织运动对检测针体运动产生干扰，因此需要将除针体之外的组织运动情况筛选掉，从而可以更准确的检测针体运动。
针体运动检测的实施方式3：
对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计，得到当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值；
确定前一帧超声图像和当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值；
若位移平均值不大于第一预设阈值，并且能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到针体运动，否则，确定未检测到针体运动。
上述步骤的具体实现可参考针体运动检测的实施方式1和针体运动检测的实施方式2，在此不再赘述。
通过既比较位移平均值与第一预设阈值，又比较能量平均值与第二预设阈值，进一步去除非针体之外的组织的运动干扰情况，从而提高检测针体运动情况的准确率。
本申请的一实施例中，在确定检测到针体运动情况之后，基于当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点。
可选的，上面已经介绍完确定当前帧超声图像中每个像素点位移的计算过程，以及每个像素点能量的计算过程，在此不再赘述。
一可选的实施例中，通过以下方法确定位移阈值：
基于当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定位移阈值。
具体的一种实施方式中，当超声穿刺针所占用的该像素数量信息可以为超声穿刺针所占用的像素数量占比时，则可将当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序，将在排序结果位于像素数量占比处的像素点的位移估计结果确定为位移阈值。
示例性的，需要人工预先设置超声穿刺针在当前帧超声图像中的像素数量值占比，该比例的确定需要考虑当前帧超声图像的像素数量值，一般可取1％左右，假设当前帧超声图像的像素数量值为N，超声穿刺针在当前帧超声图像中的像素数量值比例为α，那么对当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序之后，将排序结果位于N＊α处的位移估计结果确定为位移阈值。
当然，在另一个实施例中，像素数量信息还可以是具体的像素数量，例如前文所述的占比所占用的数量即(N＊α)。
通过在当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值的第一部分图像点，以及在当前帧超声图像中筛选出能量大于能量阈值的第二部分图像点，将第一部分图像点和第二部分图像点的重叠部分作为超声穿刺针上的图像点。
进一步的，为了提高确定当前帧超声图像中超声穿刺针的图像点的计算效率，可以通过以下两种方式得到当前帧超声图像中超声穿刺针的图像点：
参考图4所示，示出了超声穿刺针的图像点的确定方式一：
S401，从当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值的第一图像点，得到第一图像点集；
S402，从当前帧超声图像中划分出能够包含第一图像点集的最小的第一区域；
S403，将第一区域进行增大处理；
S404，从增大的第一区域中筛选出能量大于能量阈值的第二图像点作为超声穿刺针上的图像点。
示例性地，参考图5a所示，将图5a中从当前帧超声图像X筛选出的第一图像点X1、X2、X3、X4确定为第一图像点集，将第一图像点X1、X2、X3、X4依序连接得到能够包含第一图像点集的最小的第一区域，将第一区域增大处理得到图5b，将图5b中的Y定义为增大的第一区域，从增大的第一区域中筛选出能量大于能量阈值的第二图像点，也即超声穿刺针上的图像点，如图5c中的Y1、Y2、Y3所示。
参考图6所示，示出了超声穿刺针的图像点的确定方式二：
该方式与方式一的区别在于判断位移是否大于位移阈值与能量是否大于能量阈值的顺序问题，可具体实施为：
S601，从当前帧超声图像中筛选出能量大于能量阈值的第三图像点，得到第三图像点集；
5602，从当前帧超声图像中划分出能够包含第三图像点集的最小的第二区域；
S603，将第二区域进行增大处理；
5604，从增大的第二区域中筛选出位移大于位移阈值的第四图像点作为超声穿刺针上的图像点。
示例性地，参考图7a所示，将图7a中从当前帧超声图像X″筛选出的第三图像点X″1、X″2、X″3、X″4确定为第三图像点集，将第三图像点X″1、X″2、X″3、X″4依序连接得到能够包含第三图像点集的最小的第二区域，将第二区域增大处理得到图7b，将图7b中的Y″定义为增大的第二区域，从增大的第二区域中筛选出位移大于位移阈值的第四图像点，也即超声穿刺针上的图像点，如图7c中的Y″1、Y″2、Y″3所示。
在当前帧超声图像中确定超声穿刺针的图像点时，通过先确定位移大于位移阈值的图像点，再确定能量大于能量阈值的图像点，或者先确定能量大于能量阈值的图像点，再确定位移大于位移阈值的图像点，可以适当的提高确定超声穿刺针的图像点的效率。
示例性地，分别计算前一帧超声图像和当前帧超声图像中每个图像点的能量，将两帧图像均按照能量分布归一化处理后如图8a、图8b所示，其中，图8a为当前帧超声图像连续的前一帧超声图像，图8b为当前帧超声图像，利用零相位的位移估计算法对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计后，对当前帧超声图像中每个图像点的位移估计结果进行归一化处理后，如图8c所示。基于上述超声穿刺针的位置信息处理方法对针体区域进行检测，也即图8c中每个像素点的位移估计结果与位移阈值比较后筛选出来第一图像点集，图8b中每个像素点的能量与能量阈值比较后筛选出来的第二图像点集，第一图像点集和第二图像点集的共同区域即检测结果，检测结果如图8d所示。
这里，图8a中每个像素点按照像素点的能量表示前一帧超声图像中的黑色或者灰色或者白色等颜色，并且颜色越亮，表示像素点的能量越大，图8b中每个像素点按照像素点的能量表示当前帧超声图像中的黑色或者灰色或者白色等颜色，并且颜色越亮，表示像素点的能量越大，图8c为对前一帧超声图像和当前帧超声图像进行位移估计后，当前帧超声图像中每个像素点按照像素点的位移估计值大小表示当前帧超声图像中的黑色或者灰色或者白色等颜色，并且颜色越亮，表示像素点的位移估计值越大。
示例性地，检测结果可以通过特殊颜色进行标记，如红色、绿色等，以达到对检测结果增强显示的目的，当然也可以采用其他方式，例如添加外框，只要能够使超声穿刺针和背景能够显著区分的方式均适用于本申请实施例。
如上所述，在确定当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果的位移平均值、各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值、各像素点的位移估计结果、各像素点的能量、位移阈值、以及能量阈值之后，参考图9，示出了针体检测逻辑的示意图。具体包括：
S901，判断当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果的位移平均值是否大于第一预设阈值，若是，执行S902，若否执行S903。
S902，检测到非针体晃动情况，不进行针体检测。
S903，判断当前帧超声图像中各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值是否大于第二预设阈值，若是，执行S902，若否执行S904。
S904，判断各像素点的位移估计结果是否大于位移阈值，若是，执行S906，若否执行S905。
S905，该像素点为非针体的像素点。
S906，判断各像素点的能量是否大于能量阈值，若是，执行S907，若否执行S905。
S907，该像素点为针体的像素点。
这里，并不限定S901与S903的执行顺序，以及并不限定S904与S906的执行顺序。
所属技术领域的技术人员能够理解，本申请的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本申请的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为″电路″、″模块″或″系统″。
在示例性实施例中，本申请提供的一种超声穿刺针的位置信息处理方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在计算机设备上运行时，程序代码用于使计算机设备执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的超声穿刺针的位置信息处理方法中的步骤。
程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
本申请的实施方式的用于图像缩放的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在超声设备上运行。然而，本申请的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如″C″语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户超声设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户超声设备上部分在远程超声设备上执行、或者完全在远程超声设备或服务端上执行。在涉及远程超声设备的情形中，远程超声设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户超声设备，或者，可以连接到外部超声设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程图像缩放设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程图像缩放设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程图像缩放设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程图像缩放设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种超声穿刺针的位置信息处理方法，其特征在于，包括：
采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况；
若检测到针体运动，则基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点；
基于筛选出的所述图像点确定所述超声穿刺针在所述当前帧超声图像中的位置区域；
在显示所述当前帧超声图像时，对所述位置区域进行增强显示处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用前一帧超声图像和当前帧超声图像检测针体运动情况，包括：
对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果，并确定各像素点的位移估计结果的位移平均值；
确定所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像之间的能量差值，并确定各像素点的能量差值的绝对值的能量平均值；
若所述位移平均值不大于第一预设阈值，并且所述能量平均值不大于第二预设阈值，则确定检测到所述针体运动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，包括：
从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于所述位移阈值的第一图像点，得到第一图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第一图像点集的最小的第一区域；
将所述第一区域进行增大处理；
从增大的所述第一区域中筛选出能量大于所述能量阈值的第二图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述当前帧超声图像中筛选出位移大于位移阈值且能量大于能量阈值的点作为超声穿刺针上的图像点，包括：
从所述当前帧超声图像中筛选出能量大于所述能量阈值的第三图像点，得到第三图像点集；
从所述当前帧超声图像中划分出能够包含所述第三图像点集的最小的第二区域；
将所述第二区域进行增大处理；
从增大的所述第二区域中筛选出位移大于所述位移阈值的第四图像点作为所述超声穿刺针上的图像点。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述位移平均值大于所述第一预设阈值，或者所述能量平均值大于所述第二预设阈值，则确定未检测到所述针体运动。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过以下方法确定所述位移阈值：
基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述超声穿刺针所占用的像素数量信息为所述超声穿刺针所占用的像素数量占比，所述基于所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果、以及所述超声穿刺针所占用的像素数量信息，确定所述位移阈值，包括：
将所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果按照从大到小进行排序；
将在排序结果位于所述像素数量占比处的像素点的位移估计结果确定为所述位移阈值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过以下方法确定所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果：
利用零相位的位移估计算法对所述前一帧超声图像和所述当前帧超声图像进行位移估计，得到所述当前帧超声图像中各像素点的位移估计结果。
9.一种超声设备，其特征在于，包括：探头、显示单元和处理器；
所述探头，用于发射超声波束，并接收超声波穿刺针的回波信号；
所述显示单元，用于显示当前帧超声图像中所述超声穿刺针的位置信息；
所述处理器分别连接所述探头和所述显示单元，被配置为执行如权利要求1-8中任一所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机执行如权利要求1-8中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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