CN113379664A - 超声图像中超声穿刺针的增强方法、超声设备及存储介质 - Google Patents

超声图像中超声穿刺针的增强方法、超声设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及超声图像处理技术领域，公开了一种超声图像中超声穿刺针的增强方法、超声设备及存储介质，所述方法包括：通过将每间隔n帧的超声图像进行空间复合，并获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，然后利用参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，利用参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，再将第一位置区域和第二位置区域的重合部分确定为针体的最终位置区域，最后将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像，从而在融合图像中对针体进行加强时，可以得到更加准确的针体位置区域。

Description

超声图像中超声穿刺针的增强方法、超声设备及存储介质
技术领域
本申请涉及超声图像处理技术领域，尤其涉及一种超声图像中超声穿刺针的增强方法、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。这样使得超声穿刺针在穿刺过程中针体或针尖显示不清楚，不能准确定位超声图像中超声穿刺针的位置。
发明内容
本申请实施例提供一种超声图像中超声穿刺针的增强方法、超声设备及存储介质，可以对超声图像中超声穿刺针进行增强显示，进而准确定位超声图像中超声穿刺针的位置。
第一方面，本申请一实施例提供了一种超声图像中超声穿刺针的增强方法，包括：
每间隔n帧用于空间复合技术的超声图像，获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，其中，k帧超声图像采用空间复合技术得到一帧复合图像，n为k的整数倍，且n、k均为正整数，所述指定波束方向与所述超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内；
利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，并利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域；
将所述第一位置区域与所述第二位置区域的重合部分确定为所述针体的最终位置区域；
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
在一些可能的实施例中，所述利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，包括：
基于所述参考图像中每个像素点的位置信息，构建每个像素点分别对应的海森矩阵；
利用每个像素点分别对应的海森矩阵，确定每个像素点分别对应的特征值；
将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，每个像素点对应的特征值包括第一特征值分量和第二特征值分量，所述针体部位特征包括：所述第一特征值分量与所述第二特征值分量的差值大于第一预设阈值，且所述第二特征值分量小于第二预设阈值，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
在一些可能的实施例中，在所述将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域之后，所述方法还包括：
将所述参考图像中所述针体的第一位置区域中像素点的像素值设置为第一像素值，并将所述参考图像中除所述针体的第一位置区域之外的像素点的像素值设置为第二像素值；
对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，得到筛选后的所述针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，所述对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，包括：
以所述指定波束方向为基准的指定误差范围对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测。
在一些可能的实施例中，所述利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域，包括：
获取所述参考图像和所述前一帧参考图像中每个像素点的亮度值；
将所述参考图像中每个像素点的亮度值分别减去所述前一帧参考图像中相同位置处的像素点的亮度值，得到亮度差值特征图；
将所述亮度差值特征图中大于或等于预设亮度值的像素点所围成的区域确定为所述针体的第二位置区域。
在一些可能的实施例中，所述将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像，包括：
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域中每个像素点的像素值与所述参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素值进行加权求和，并将加权求和的结果作为所述融合图像中所述针体位置的像素点的像素值。
在一些可能的实施例中，所述直线检测方法为霍夫变换。
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；
所述显示单元，用于显示超声穿刺针的针体所在的超声图像；
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：
每间隔n帧用于空间复合技术的超声图像，获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，其中，k帧超声图像采用空间复合技术得到一帧复合图像，n为k的整数倍，且n、k均为正整数，所述指定波束方向与所述超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内；
利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，并利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域；
将所述第一位置区域与所述第二位置区域的重合部分确定为所述针体的最终位置区域；
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
在一些可能的实施例中，执行所述利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，所述处理器被配置为执行：
基于所述参考图像中每个像素点的位置信息，构建每个像素点分别对应的海森矩阵；
利用每个像素点分别对应的海森矩阵，确定每个像素点分别对应的特征值；
将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，每个像素点对应的特征值包括第一特征值分量和第二特征值分量，所述针体部位特征包括：所述第一特征值分量与所述第二特征值分量的差值大于第一预设阈值，且所述第二特征值分量小于第二预设阈值，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
在一些可能的实施例中，在执行所述将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域之后，所述处理器被配置为执行：
将所述参考图像中所述针体的第一位置区域中像素点的像素值设置为第一像素值，并将所述参考图像中除所述针体的第一位置区域之外的像素点的像素值设置为第二像素值；
对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，得到筛选后的所述针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，执行所述对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，所述处理器被配置为执行：
以所述指定波束方向为基准的指定误差范围对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测。
在一些可能的实施例中，执行所述利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域，所述处理器被配置为执行：
获取所述参考图像和所述前一帧参考图像中每个像素点的亮度值；
将所述参考图像中每个像素点的亮度值分别减去所述前一帧参考图像中相同位置处的像素点的亮度值，得到亮度差值特征图；
将所述亮度差值特征图中大于或等于预设亮度值的像素点所围成的区域确定为所述针体的第二位置区域。
在一些可能的实施例中，执行所述将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像，所述处理器被配置为执行：
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域中每个像素点的像素值与所述参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素值进行加权求和，并将加权求和的结果作为所述融合图像中所述针体位置的像素点的像素值。
在一些可能的实施例中，所述直线检测方法为霍夫变换。
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。
本申请通过将每间隔n帧的超声图像进行空间复合，并获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，然后利用参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，利用参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，再将第一位置区域和第二位置区域的重合部分确定为针体的最终位置区域，最后将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
上述指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内，从而可以保证超声穿刺针的针体成像效果。利用第一位置区域和第二位置区域的重合部分可以更加准确的确定针体的位置区域，并且通过参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，可以避免探头晃动或人体运动的影响，从而在融合图像中对针体进行加强时，可以得到更加准确的针体位置区域。
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为根据本申请一个实施例的超声设备硬件配置框图；
图2为根据本申请一个实施例的应用原理示意图；
图3为本申请一实施例提供的超声图像中超声穿刺针的增强方法的流程示意图；
图4为本申请一实施例提供的一帧复合图像示意图；
图5为本申请一实施例提供的一帧复合图像示意图；
图6为本申请一实施例提供的调整指定波束方向的展示界面示意图；
图7为本申请一实施例提供的指定波束对应的一帧超声图像示意图；
图8为本申请一实施例提供的指定波束对应的一帧超声图像示意图；
图9为本申请一实施例提供的穿刺针增强显示后的超声图像示意图。
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；
显示单元130，用于显示超声穿刺针的针体所在的超声图像；
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，被配置为执行：
每间隔n帧用于空间复合技术的超声图像，获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，其中，k帧超声图像采用空间复合技术得到一帧复合图像，n为k的整数倍，且n、k均为正整数，所述指定波束方向与所述超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内；
利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，并利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域；
将所述第一位置区域与所述第二位置区域的重合部分确定为所述针体的最终位置区域；
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
在一些可能的实施例中，执行所述利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，所述处理器110被配置为执行：
基于所述参考图像中每个像素点的位置信息，构建每个像素点分别对应的海森矩阵；
利用每个像素点分别对应的海森矩阵，确定每个像素点分别对应的特征值；
将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，每个像素点对应的特征值包括第一特征值分量和第二特征值分量，所述针体部位特征包括：所述第一特征值分量与所述第二特征值分量的差值大于第一预设阈值，且所述第二特征值分量小于第二预设阈值，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
在一些可能的实施例中，在执行所述将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域之后，所述处理器110被配置为执行：
将所述参考图像中所述针体的第一位置区域中像素点的像素值设置为第一像素值，并将所述参考图像中除所述针体的第一位置区域之外的像素点的像素值设置为第二像素值；
对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，得到筛选后的所述针体的第一位置区域。
在一些可能的实施例中，执行所述对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，所述处理器110被配置为执行：
以所述指定波束方向为基准的指定误差范围对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测。
在一些可能的实施例中，执行所述利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域，所述处理器110被配置为执行：
获取所述参考图像和所述前一帧参考图像中每个像素点的亮度值；
将所述参考图像中每个像素点的亮度值分别减去所述前一帧参考图像中相同位置处的像素点的亮度值，得到亮度差值特征图；
将所述亮度差值特征图中大于或等于预设亮度值的像素点所围成的区域确定为所述针体的第二位置区域。
在一些可能的实施例中，执行所述将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像，所述处理器110被配置为执行：
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域中每个像素点的像素值与所述参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素值进行加权求和，并将加权求和的结果作为所述融合图像中所述针体位置的像素点的像素值。
在一些可能的实施例中，所述直线检测方法为霍夫变换。
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在超声图像中对超声穿刺针进行增强显示的方法有：基于超声发射波束的偏转控制方法或者基于运动检测的方法。
其中，基于超声发射波束的偏转控制方法为：控制一帧超声图像的超声发射波束与超声穿刺针体方向垂直，使得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。但是采用此种方法得到的针体检测准确率较低。
基于运动检测的方法为：借助针体运动特征检测穿刺针位置，然后对穿刺针位置区域进行增强显示。这样虽然可以通过针体的运动特征筛选掉一些类似针体的组织结构，但是容易受到探头晃动的影响或者人体运动的影响，因此采用此种方法得到的针体检测准确率也较低。
为解决上述问题，本申请通过将每间隔n帧的超声图像进行空间复合，并获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，然后利用参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，利用参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，再将第一位置区域和第二位置区域的重合部分确定为针体的最终位置区域，最后将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
上述指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内，从而可以保证超声穿刺针的针体成像效果。利用第一位置区域和第二位置区域的重合部分可以更加准确的确定针体的位置区域，并且通过参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，可以避免探头晃动或人体运动的影响，从而在融合图像中对针体进行加强时，可以得到更加准确的针体位置区域。
需要说明的是，本申请实施例提供的超声图像中超声穿刺针的增强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，也可以部分由超声设备执行、部分由其他具有处理能力的设备执行，均适用于本申请实施例。
参考图3所示，示出了一种超声图像中超声穿刺针的增强方法流程示意图，该方法的步骤可包括：
S301，每间隔n帧用于空间复合技术的超声图像，获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像；
空间复合技术为从至少两个偏转角度进行超声波束发射后，采集每个偏转角度对应的超声图像，将多帧超声图像复合成一帧复合图像。利用空间复合技术对超声图像进行处理时，可以提高图像的对比分辨率、细微分辨率和空间分辨率，也可以增强图像中人体病变组织回声连续性，减少镜面反射、斑点、散射、衰减等问题，还可以提高微小组织造影分辨率，并且对穿刺针进行准确定位，显示穿刺治疗的动态过程。
其中，k帧超声图像采用空间复合技术得到一帧复合图像，n为k的整数倍，且n、k均为正整数，指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内。
示例性地，假设k为3，且该3帧超声图像分别为-5°、0°、5°三个角度的超声波束发出后生成的超声图像。将上述三个超声图像进行空间复合得到一帧复合图像。例如，如图4所示，示出了一帧复合图像示意图。如图5所示，示出了另外一帧复合图像示意图。其中，图4和图5可以是不同的三个角度超声波束对应的超声图像经过空间复合后得到的复合图像。并且图4和图5中的黑色区域、灰色区域、白色区域分别表示的是像素点的亮度值，颜色越亮表示像素点的亮度值越大。不同的亮度值反应的是不同组织对信号的反射能力。
如图6所示，通过图6中展示的显示界面调整指定波束的方向，使得指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内。例如，在病人信息中选择颈动脉部位进行穿刺增强操作，通过显示界面调整指定波束的方向，得到指定波束方向为-30°。另外，还可以选择下肢动脉、下肢静脉、上肢动脉中的任意一个部位进行穿刺增强操作。通过图6中的显示界面还可以对超声图像进行浏览，基于调整指定波束方向的过程生成报告。
如图7所示，示出了指定波束对应的一帧超声图像，如图8所示，示出了调整指定波束方向后的另一帧超声图像。同样的，图7和图8中的黑色区域、灰色区域、白色区域分别表示的是像素点的亮度值，颜色越亮表示像素点的亮度值越大。不同的亮度值反应的是不同组织对信号的反射能力。
这里，并不限定具体的空间复合方法，可根据实际应用进行调整。
S302，利用参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，并利用参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域；
这里，可以将获取到的参考图像的前一帧参考图像和参考图像依序存储至数据池中，当继续获取到参考图像的下一帧参考图像时，可以将参考图像和参考图像的下一帧参考图像依序存储至数据池中，在此并不限定数据池中具体图像数量，可根据实际应用情况进行调整。
另外，在此并不限定确定针体的第一位置区域和确定针体的第二位置区域的具体执行顺序，可根据实际应用情况进行调整。
本申请的一实施例中，通过以下方法确定超声穿刺针的针体的第一位置区域：
基于参考图像中每个像素点的位置信息，构建每个像素点分别对应的海森矩阵；利用每个像素点分别对应的海森矩阵，确定每个像素点分别对应的特征值；将特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域。
假设参考图像中的像素点A相对于参考图像大小来说，其位置信息为(x,y)，并且像素点A的亮度值为f(x,y)，那么通过以下公式1-公式3构建出公式4中的海森矩阵：
fxx＝f(x+1,y)+f(x-1,y)-2f(x,y) 公式1
fyy＝f(x,y+1)+f(x,y-1)-2f(x,y) 公式2
fxy＝fyx＝f(x+1,y+1)+f(x,y)-f(x+1,y)-f(x,y+1) 公式3
Figure BDA0003129285780000141
其中，以参考图像左下角的像素点位置为中心，将参考图像中像素点位置从左向右的方向定义为x轴，从下到上定义为y轴，那么f(x+1,y)为像素点A向x轴方向移动一个像素点位置的亮度值，f(x-1,y)为像素点A向-x轴方向移动一个像素点位置的亮度值，f(x,y+1)为像素点A向y轴方向移动一个像素点位置的亮度值，f(x,y-1)为像素点A向-y轴方向移动一个像素点位置的亮度值，f(x+1,y+1)为像素点A分别向x轴方向移动一个像素点位置并向y轴方向移动一个像素点位置的亮度值，fxx、fyy、fxy、fyx组成像素点A对应的海森矩阵，并且分别表示像素点A的二阶偏微分。
假设像素点A的海森矩阵还可以用公式5表示，那么通过公式6-公式7计算得到像素点A对应的特征值λ1、λ2。
Figure BDA0003129285780000151
Figure BDA0003129285780000152
Figure BDA0003129285780000153
通过利用参考图像中每个像素点的位置信息对应的海森矩阵，确定像素点的特征值，筛选符合预设针体部位特征的像素点为针体的第一位置区域，使得可以得到较准确的针体位置。
可选地，每个像素点对应的特征值包括第一特征值分量和第二特征值分量，针体部位特征包括：第一特征值分量与第二特征值分量的差值大于第一预设阈值，且第二特征值分量小于第二预设阈值，第一预设阈值大于第二预设阈值。
例如，λ1为第一特征值分量，λ2为第二特征值分量，将第二预设阈值定义为0，将第一预设阈值定义为无穷大，也即针体部位特征为λ1>>λ2，λ2<0，反之，为非针体区域。
通过设置第一特征值分量和第二特征值分量确定针体部位特征，进一步筛选出针体的第一位置区域，进而可以得到更加准确的针体位置。
本申请的一实施例中，在将特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域之后，还可以将参考图像中针体的第一位置区域中像素点的像素值设置为第一像素值，并将参考图像中除针体的第一位置区域之外的像素点的像素值设置为第二像素值；对调整像素值后的参考图像进行直线检测，得到筛选后的针体的第一位置区域。
示例性地，采用霍夫变换进行直线检测，在此仅是举例说明，本申请中并不限定直线检测的具体方法，可根据实际应用进行调整。
在确定出针体的第一位置区域后，通过调整参考图像的像素值并进行直线检测，从而可以将人体组织中类似针体的结构筛选掉，得到更准确的针体的第一位置区域。
又，通过以指定波束方向为基准的指定误差范围对调整像素值后的参考图像进行直线检测，可以减少计算量，提高确定针体的第一位置区域的效率。在此仅是根据指定波束方向举例说明直线检测的一种方法，并不限定直线检测过程中减少计算量的其他实现方法。并且这里的指定误差范围可以与上述中指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围中的指定误差范围相同，也可以不相同，具体根据实际应用进行调整。
示例性地，假设指定波束方向为-30°，则可以按照(-40°，-20°)的指定误差范围对调整像素值后的参考图像进行直线检测。
这里，还可以根据参考图像中每个像素点的像素值以及预设像素阈值，筛选出针体的第一位置区域。例如，获取到参考图像中每个像素点的像素值，且像素值均在(0,255)范围内，假设预设像素阈值为120，则将参考图像中像素值大于120的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域，将参考图像中像素值不大于120的像素点所围成的区域确定为非针体的位置区域。
在一些实施例中，通过以下方法确定超声穿刺针的针体的第二位置区域：
获取参考图像和前一帧参考图像中每个像素点的亮度值；将参考图像中每个像素点的亮度值分别减去前一帧参考图像中相同位置处的像素点的亮度值，得到亮度差值特征图；将亮度差值特征图中大于或等于预设亮度值的像素点所围成的区域确定为针体的第二位置区域。
通过简单的帧差法确定出针体的运动特征，进而得到针体的第二位置区域，使得可以更加准确的确定针体的位置。
可选地，还可以通过光流检测确定针体的运动特征。
S303，将第一位置区域与第二位置区域的重合部分确定为针体的最终位置区域；
S304，将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
本申请的一实施例中，通过以下方法确定融合图像：
将参考图像中的针体的最终位置区域中每个像素点的像素值与参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素值进行加权求和，并将加权求和的结果作为融合图像中针体位置的像素点的像素值。
示例性地，通过公式8进行融合计算：
Ienhance＝δ*Inormal+(1-δ)*Ineedle 公式8
其中，δ的范围是(0,1)，δ可以表示为权重大小，Ineedle表示参考图像中的针体的最终位置区域，Inormal表示参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域，Ienhance表示融合图像中的针体位置，如图9所示，示出了穿刺针增强后的下一帧复合图像。同样的，图9中的黑色区域、灰色区域、白色区域分别表示的是像素点的亮度值，颜色越亮表示像素点的亮度值越大。不同的亮度值反应的是不同组织对信号的反射能力。
通过将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素点的像素值进行加权求和，可以得到增强后的针体位置，使得更加准确的确定针体位置。
本申请通过将每间隔n帧的超声图像进行空间复合，并获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，然后利用参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，利用参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，再将第一位置区域和第二位置区域的重合部分确定为针体的最终位置区域，最后将参考图像中的针体的最终位置区域与参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
上述指定波束方向与超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内，从而可以保证超声穿刺针的针体成像效果。利用第一位置区域和第二位置区域的重合部分可以更加准确的确定针体的位置区域，并且通过参考图像和参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定针体的第二位置区域，可以避免探头晃动或人体运动的影响，从而在融合图像中对针体进行加强时，可以得到更加准确的针体位置区域。
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图像中超声穿刺针的增强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图像中超声穿刺针的增强方法中的步骤。
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超声图像中超声穿刺针的增强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超声图像中超声穿刺针的增强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超声图像中超声穿刺针的增强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超声图像中超声穿刺针的增强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超声图像中超声穿刺针的增强设备上，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)

1.一种超声图像中超声穿刺针的增强方法，其特征在于，所述方法包括：
每间隔n帧用于空间复合技术的超声图像，获取指定波束方向的一帧针对超声穿刺针的参考图像，其中，k帧超声图像采用空间复合技术得到一帧复合图像，n为k的整数倍，且n、k均为正整数，所述指定波束方向与所述超声穿刺针的夹角在以90°为基准的指定误差范围内；
利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，并利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域；
将所述第一位置区域与所述第二位置区域的重合部分确定为所述针体的最终位置区域；
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述参考图像确定超声穿刺针的针体的第一位置区域，包括：
基于所述参考图像中每个像素点的位置信息，构建每个像素点分别对应的海森矩阵；
利用每个像素点分别对应的海森矩阵，确定每个像素点分别对应的特征值；
将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，每个像素点对应的特征值包括第一特征值分量和第二特征值分量，所述针体部位特征包括：所述第一特征值分量与所述第二特征值分量的差值大于第一预设阈值，且所述第二特征值分量小于第二预设阈值，所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将所述特征值符合预设针体部位特征的像素点所围成的区域确定为针体的第一位置区域之后，所述方法还包括：
将所述参考图像中所述针体的第一位置区域中像素点的像素值设置为第一像素值，并将所述参考图像中除所述针体的第一位置区域之外的像素点的像素值设置为第二像素值；
对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，得到筛选后的所述针体的第一位置区域。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测，包括：
以所述指定波束方向为基准的指定误差范围对调整像素值后的所述参考图像进行直线检测。
6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述利用所述参考图像和所述参考图像的前一帧参考图像之间的运动特征确定所述针体的第二位置区域，包括：
获取所述参考图像和所述前一帧参考图像中每个像素点的亮度值；
将所述参考图像中每个像素点的亮度值分别减去所述前一帧参考图像中相同位置处的像素点的亮度值，得到亮度差值特征图；
将所述亮度差值特征图中大于或等于预设亮度值的像素点所围成的区域确定为所述针体的第二位置区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域与所述参考图像的下一帧复合图像进行图像融合，得到融合图像，包括：
将所述参考图像中的所述针体的最终位置区域中每个像素点的像素值与所述参考图像的下一帧复合图像中相同像素点位置区域的像素值进行加权求和，并将加权求和的结果作为所述融合图像中所述针体位置的像素点的像素值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述直线检测方法为霍夫变换。
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；
所述显示单元，用于显示超声穿刺针的针体所在的超声图像；
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。
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