CN113576624B - 基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，通过在偏转成像过程中设置探针一侧不发射超声波的阵列与探针另一侧发射超声波的阵列同时接收回波并成像生成一帧回波图，并在下一时隙中与所得的回波图比较处理后得到穿刺针的确定深度。本发明对偏转图像进行优化成像处理，能够在图中精确显示穿刺针的深度位置。

Description

基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法
技术领域
本发明涉及的是一种图像处理领域的技术，具体是一种基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法。
背景技术
超声辅助穿刺，可以使穿刺过程可见，现在临床应用广泛。侧面进针血管穿刺因为进针角度太大，针尖会在血管表面打滑，因此临床使用反馈不佳。平面外穿刺技术可以缩小进针角度，但是只有当针尖进入血管后，才能在B超图像上看见，盲区太大。
现有的改进技术如中国专利申请号201811093945.7，公开了一种无盲区无菌穿刺装置及其成像方法，该技术采用如图1所示的中心穿刺探头，实现整个过程的无菌穿刺，并通过将多个超声单元的多个偏转图像加权融合得以实现成像，使进针过程全程可见没有盲区。但由于超声波会在表面上强反射，因此偏转成像时，针尖位置大块区域由于存在图3所示的伪像导致无法确切获知穿刺针的深度。
发明内容
本发明针对现有技术在中心穿刺探头的进针角度为0°时无法准确获得针尖深度的缺陷，提出一种基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，对偏转图像进行优化成像处理，能够在图中精确显示穿刺针的深度位置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，通过在偏转成像过程中设置探针一侧不发射超声波的阵列与探针另一侧发射超声波的阵列同时接收回波并成像生成一帧回波图，并在下一时隙中与所得的回波图比较处理后得到穿刺针的确定深度。
所述的回波图中一侧为正常成像，另一侧为不发射超声波的阵列在穿刺针的路径外紧邻的扫描线位置，成一根扫描线的图像，即针象线；因为针对声波的遮挡原因，针象线上不同位置相对于由图像本身在该位置的亮度将因针尖的位置不同而产生变化。
所述的比较处理是指：设置针像线的亮度-距离函数为f(x)，复合图像在同一根扫描线位置的亮度-距离函数为g(x)，得到相对亮度函数
Figure GDF0000020960710000011
其中：x为穿刺针深度；通过计算k(xmax)＞h时的xmax作为针尖位置，h为实验测量得到的深度阈值。
所述的确定深度，优选通过在偏转过程中的四个时隙内得到的图像进行两两比较处理分别得到两侧的深度值xLmax和xRmax，并得到最终的针尖深度
Figure GDF0000020960710000021
所述的偏转图像优选为平行和偏转每帧交错进行。
附图说明
图1为现有中心穿刺探头及其成像；
图2为现有穿刺图像增强技术示意图；
图中：图2a为存在暗区的成像方式；图2b为经偏转后消除暗区的成像方式；
图3为现有伪像生成原理示意图；
图中：图3a为第二超声单元得到的图像经偏转处理；图3为第一超声单元得到的图像经偏转处理；
图4a至图4c为本发明图像增强流程图；
图5为自发射偏转图像和非自发射偏转图像使用方法及针像线生成方法示意图；
图6为扫描线定位示意图；
图7为实施例效果示意图；
图中：图像暗区0、位于穿刺针两侧的第一和第二超声阵列1、2、针象线3、自发射偏转图像4、5、非自发射偏转图像4’、5’、伪像区6、穿刺路径7、实际穿刺针8。
具体实施方式
如图2所示，为现有穿刺装置的成像方法，通过将两个超声单元的偏转图像加权融合得以实现，其中偏转图像4、5即为每个超声单元以平行/偏转于穿刺针的方向进行采样并分别获得的图像；通过将相邻两帧合成能够一定程度上消除图2a中的暗区。
如图3a和图3b所示，当采用无盲区无菌穿刺装置时，其进针角度与超声成像角度平行，现有穿刺图像增强技术，通过偏转图像来消除成像暗区的方法则无法适用于中心穿刺探头，相反将产生伪像区6。
如图4a至图4c所示，本实施例包括以下步骤：
i)在如图4a所示的第一时隙中，由探针一侧的第一超声阵列1和第二超声阵列2根据各自发射的回波产生各自的非偏转图像；
ii)如图4b所示的第二时隙中，由第一超声阵列1发射声波，第一超声阵列1和第二超声阵列2分别同时接收第一超声阵列1发射的回波并生成偏转图像4和4’；
iii)对应地，如图4c所示的时隙中，由第二超声阵列2发射声波，第二超声阵列2和第一超声阵列1分别同时接收第一超声阵列2发射的回波并生成偏转图像5和5’。
iv)如图5所示，针对图4b中的偏转图像4’，在针穿刺路径外右边紧邻的扫描线位置，抽取一根扫描线的图像，即针像线3；因为针对声波的遮挡原因，针象线上不同位置相对于由图像本身在该位置的亮度将因针尖的位置不同而产生图4b变化。同时将偏转图像4截取穿刺路径左边部分，参与和非偏转图像的复合；针对图4c的偏转图像5和5’进行相同且镜像的处理。
如图6所示，所述的针像线3，通过以下方式定位：针对图4b中底边为w像素的平行四边形的偏转图像4’，将其补全成宽度为w1像素的长方形图像，穿刺针在偏转图像中的行进区间为第l根线和第r根线之间，其中：l<w1，r<w1，则针像线取第r+1根线。
v)根据步骤iv)两个超声阵列分别得到的偏转和非偏转图像，先进行单侧针尖深度计算，具体为：设置针像线3的亮度-距离函数为f(x)，复合图像在同一根扫描线位置的亮度-距离函数为g(x)，得到相对亮度函数
Figure GDF0000020960710000031
其中：x为穿刺针深度；通过计算k(xmax)＞h时的xmax作为针尖位置，h为实验测量得到的深度阈值。
vi)根据两个单侧的针尖深度xLmax和xRmax，进一步求平均得到最终针尖位置
Figure GDF0000020960710000032
Figure GDF0000020960710000033
优选地，在显示时可以直接在穿刺路径7上按已知针宽度直接画出一条直线，以起到良好的穿刺增强效果。
如图5所示，为通过上述方法穿刺针影像的原理，如图6所示，为实际得到的清晰图像，可见相比图1所示能够精确反映出针尖的深度。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征在于，通过在偏转成像过程中设置探针一侧不发射超声波的阵列与探针另一侧发射超声波的阵列同时接收回波并成像生成一帧回波图，并在下一时隙中与所得的回波图比较处理后得到穿刺针的确定深度；
所述的比较处理是指：设置针像线的亮度-距离函数为f(x)，复合图像在同一根扫描线位置的亮度-距离函数为g(x)，得到相对亮度函数
Figure FDA0004051330510000011
其中：x为穿刺针深度；通过计算k(xmax)＞h时的xmax作为针尖位置，h为实验测量得到的深度阈值。
2.根据权利要求1所述的基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征是，所述的确定深度，通过在偏转过程中的四个时隙内得到的图像进行两两比较处理分别得到两侧的深度值xLmax和xRmax，并得到最终的针尖深度
Figure FDA0004051330510000012
3.根据权利要求1所述的基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征是，所述的偏转成像为平行和偏转每帧交错进行。
4.根据权利要求1～3中任一所述的基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征是，具体包括：
(i)在第一时隙中，由探针一侧的第一超声阵列和第二超声阵列根据各自发射的回波产生各自的非偏转图像；
(ii)如第二时隙中，由第一超声阵列发射声波，第一超声阵列和第二超声阵列分别同时接收第一超声阵列发射的回波并生成两幅偏转图像；
(iii)对应地在第三时隙中，由第二超声阵列发射声波，第二超声阵列和第一超声阵列分别同时接收第一超声阵列发射的回波并生成两幅偏转图像；
(iv)针对步骤(ii)中的得到的两幅偏转图像之一，在针穿刺路径外右边紧邻的扫描线位置，抽取一根扫描线的图像，即针像线；同时将两幅偏转图像中的另外一幅截取穿刺路径左边部分，参与和非偏转图像的复合；针对步骤(iii)中的两幅偏转图像进行相同且镜像的处理；
(v)根据步骤(iv)两个超声阵列分别得到的偏转和非偏转图像，先进行单侧针尖深度计算，具体为：设置针像线的亮度-距离函数为f(x)，复合图像在同一根扫描线位置的亮度-距离函数为f(x)，得到相对亮度函数
Figure FDA0004051330510000013
其中：x为穿刺针深度；通过计算k(xmax)＞h时的xmax作为针尖位置，h为实验测量得到的深度阈值；
(vi)根据两个单侧的针尖深度xLmax和xRmax，进一步求平均得到最终针尖位置
Figure FDA0004051330510000021
Figure FDA0004051330510000022
5.根据权利要求4所述的基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征是，所述的针像线，通过以下方式定位：针对底边为w像素的平行四边形的偏转图像，将其补全成宽度为w1的长方形图像，穿刺针在偏转图像中的行进区间为第l根线和第r根线之间，其中：l<w1，r<w1，则针像线取第r+1根线。
6.根据权利要求4所述的基于中心穿刺探头的穿刺深度检测方法，其特征是，在显示时可以直接在穿刺路径上按已知针宽度直接画出一条直线。
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