CN117045327B - 超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质。该方法包括：获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；对每一原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一原始超声图像对应的镜面反射权重；基于N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。本方案可保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置，而且，此过程无需额外增加成本，并保障其适用性。

Description

超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质。

背景技术

穿刺针如今广泛应用于医学实践中，用于麻醉、置管或者是采样. 由于是穿刺针需要插入人体， 为了提高手术效率和精准度， 当代医生往往会采用超声设备进行可视化引导，提高手术的安全性。但采用超声设备进行可视化引导穿刺时， 往往会遇到一个物理难题. 即穿刺针的光滑表面，会引起针体的镜面反射，使得穿刺针针体部分的超声回波过于微弱，最终结果导致穿刺针在超声图像中的显示可见度太低，不利于医生准确判断并进行操作。因此，如今许多超声设备都配备专门的穿刺增强功能模式用于增强穿刺针的显示效果。

现有技术中实现穿刺增强功能模式的技术主要有如下几种方式：一是定制特殊的穿刺针，使其表面的镜面反射不再完美，从而增大接受到的回波，但针对不同病例，需要专门定制，适用性较差且成本较高。二是采用外加设备来引导穿刺操作，如磁光导航，采用这种方式，即相当于不再利用超声方式感知穿刺针的位置，而是通过别的模式来感知穿刺针的位置， 只是在超声成像显示时在图像中对其定位，但这种方式会增大超声系统的复杂度，进而增大成本。三是绝大部分的处理方式，即通过额外增加一帧的超声探头大偏转角度下发射的图像，以保证这一帧中超声波发射方向与穿刺针垂直， 从而使得这一帧图像中的穿刺针会觉得明显， 然后通过图像算法模式识别找到穿刺针的位置， 再将这一帧与常规发射的图像进行融合， 以增强穿刺针的显示，但这种方式需要额外进行大偏转角度的超声波发射，从而降低正常的图像帧率。第四种方式是通过连续的多帧图像， 分析图像差异或者说组织运动， 从而确定出穿刺针扰动最为明显的区域， 从而间接定出穿刺针的位置，这种方式通过分析连续的多帧图像的差异，如果穿刺针不动，则无法确定穿刺针的位置，适用性较差。并且，采用大偏转角度的方式和连续帧图像的差异分析这两种方法都需要对穿刺针的位置进行准确定位， 但又无法完全的去掉各种干扰， 表现为最终增强的超声图像中含有大量的伪像(比如将类似针的筋膜也增强). 这些伪像会对图像质量造成影响，无法准确识别穿刺针，影响超声图像的图像质量。

发明内容

本发明实施例提供一种超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质，以解决现有超声穿刺针显影中无法准确识别穿刺针，影响超声图像的图像质量的问题。

一种超声穿刺针显影方法，包括：

获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

对每一所述原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重；

基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

优选地，所述对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重，包括：

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

优选地，所述对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，包括：

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数；

基于每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率。

优选地，所述对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重，包括：

对每一所述原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

基于所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对所述镜面反射概率进行调制，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

优选地，所述基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像，包括：

对N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个所述原始超声图像对应的目标融合权重；

基于N个所述原始超声图像对应的目标融合权重，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

一种超声穿刺针显影装置，包括：

原始超声图像获取模块，用于获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

目标特征响应获取模块，用于对每一所述原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

镜面反射权重获取模块，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重；

目标超声图像获取模块，用于基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

优选地，所述镜面反射权重获取模块，包括：

镜面反射概率获取单元，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

镜面反射权重获取单元，用于对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

优选地，所述镜面反射概率获取单元，包括：

高斯分布参数获取子单元，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数；

镜面反射概率获取子单元，用于基于每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率。

优选地，所述镜面反射权重获取单元，包括：

穿刺针分布概率获取子单元，用于对每一所述原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

镜面反射权重获取子单元，用于基于所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对所述镜面反射概率进行调制，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

优选地，所述目标超声图像获取模块，包括：

目标融合权重获取单元，用于对N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个所述原始超声图像对应的目标融合权重；

目标超声图像获取单元，用于基于N个所述原始超声图像对应的目标融合权重，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

一种超声设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述超声穿刺针显影方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述超声穿刺针显影方法。

上述超声穿刺针显影方法、装置、超声设备及存储介质，对每一入射角度对应的原始超声图像进行多角度特征提取，以确定每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，使其可有效反映从多个目标角度的穿刺针对超声波的特征响应；接着，对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，以确定某一坐标位置是否存在穿刺针这一镜面反射体的镜面反射权重；最后，利用镜面反射权重对预先设置的目标复合权重进行优化处理，以达到自适应强化穿刺针这一镜面反射体所在坐标位置的复合权重，弱化穿刺针这一镜面反射体以外的其他坐标位置的复合权重，并利用优化后的复合权重对N个入射角度对应的原始超声图像进行空间复合，保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置，而且，此过程无需额外增加成本，并保障其适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中超声设备的一结构示意图；

图2是本发明一实施例中超声穿刺针显影方法的一流程图；

图3是图2中步骤S203的一流程图；

图4是图3中步骤S301的一流程图；

图5是图3中步骤S302的一流程图；

图6是图2中步骤S204的一流程图；

图7是本发明一实施例中超声穿刺针显影装置的一示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的超声穿刺针显影方法，该超声穿刺针显影方法可应用如图1所示的超声设备中，超声设备包括主控制器和与主控制器相连的超声探头、波束合成处理器、图像处理器和显示屏。

主控制器为超声设备的控制器，主控制器与超声设备中的其他功能模块相连，包括但不限于超声探头、波束合成处理器、图像处理器和显示屏等功能模块相连，用于控制各个功能模块工作。

超声探头是超声波的发射和接收装置。本示例中，为了保证不同角度的超声图像都能够有较大的横向扫描覆盖范围，即保证不同角度的超声图像有较大的交叠范围，现有超声探头一般由若干大小相同的长条形压电换能器（每单个压电换能器称为阵元）等间隔排列组成；或者将多个压电换能器是呈二维阵列，即阵元排列成二维矩阵形状。超声探头内的压电换能器将施加在其上的电压脉冲激励转换成机械振动，从而对外发出超声波；超声波在人体组织等媒介中传播，会产生反射波和散射波等回波模拟信号，各个压电换能器可将回波模拟信号转换成回波电信号，对回波电信号进行放大和模数转换，转换成回波数字信号，再将回波数字信号发送给波束合成处理器。

波束合成处理器与超声探头相连，用于接收超声探头发送的回波数字信号，对一个或多个通道的回波数字信号进行波束合成，获取一路或多路回波合成信号，将回波合成信号发送给图像处理器。

图像处理器与波束合成处理器相连，用于接收波束合成处理器发送的回波合成信号，对回波合成信号进行数据解析，求模，对数压缩和空间复合等图像前处理操作。其中数据解析是将回波合成信号经过解析过是排列成采样点数乘以扫描线数的二维矩阵，但每一个位置的信号是复数信号，为了能够更加直观地成像，这一步对复数信号求模，得到信号的能量，以能量来表征该位置的信号。而对数压缩则是在在求模操作后对数据作一次对数函数的变换，压缩动态范围，使图像的组织层次更加清晰。在此之后，一般还会利用空间复合操作将多个角度发射接收的同一区域图像进行复合，减弱相干效应，降低斑点噪声，提升整体图像的分辨力。在图像前处理操作后，需要对超声图像进行增益与动态变换等图像后处理操作，其处理过程与常规超声成像无本质区别，此处不作详述。其中，空间复合是指通过发射多个不同角度的超声波，分别形成不同角度的超声图像，再将不同角度的超声图像进行加权融合即可得到一张具有较少斑点噪声，更高对比分辨率的超声图像，能够显著提升图像质量。

作为一示例，图像处理器可以为显卡处理器（即Graphics Processing Unit，以下简称GPU），是专为执行复杂图形渲染所必需的数学和几何计算而设计的处理器，有助于提高超声图像的生成效率。本示例中，采用图像处理器专用于图像处理，使得主控制器从图像处理的任务中解放出来，可执行更多系统任务，有助于提高超声设备的整体性能。

在一实施例中，如图2所示，提供一种超声穿刺针显影方法，以该方法可应用在上述图像处理器，也可以应用在主控制器中，具体以应用在图1中的图像处理器为例进行说明，包括如下步骤：

S201：获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

S202：对每一原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

S203：对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一原始超声图像对应的镜面反射权重；

S204：基于N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

其中，原始超声图像是指未经空间复合处理的超声图像。入射角度是指超声探头对某一目标组织发射超声波的角度。此处的目标组织是指需要进行超声检测的人体组织。N为原始超声图像的数量，也可理解为入射角度的数量，本示例中，N为大于1的奇数，可以为3、5、7或者其他奇数。

作为一示例，步骤S201中，图像处理器可获取N个入射角度对应的原始超声图像，具体可在主控制器控制超声探头向目标组织发射N个入射角度的超声波；波束合成处理器可接收每一入射角度对应的超声波所形成的回波数字信号，对该回波数字信号进行波束合成处理，确定该入射角度对应的回波合成信号；图像处理器可对接收到的回波合成信号进行数据解析，求模和对数压缩等处理操作，以获取N个入射角度对应的原始超声图像。

在一实施例中，为了保障穿刺针能够在各种入射角度下具有较好的显影效果，需要保障原始超声图像的入射角度的数量大于或等于5，即N≥5，并且，除了0度不偏移的正入射图像外，还包括在左右两侧形成的N-1个偏移入射图像，N-1个偏移入射图像的入射角度在正入射图像的左右两侧，分别形成个左入射图像和/>个右入射图像。此处的正入射图像是指入射角度与目标组织垂直时形成的超声图像，左入射图像是指入射角度在正入射图像的入射角度的左侧形成的超声图像，右入射图像是指入射角度在正入射图像的入射角度的右侧形成的超声图像。例如，图像处理器可获取-30°，-15°，0，15°，30°这五个入射角度对应的原始超声图像，也可以获取-40°，-20°，0，20°，40°这五个入射角度对应的原始超声图像，或者-20°，-10°，0，15°，30°这五个入射角度对应的原始超声图像，可根据实际情况自主确定。

其中，目标特征响应是指对某一原始超声图像进行目标角度特征提取后获取的特征响应，此处的特征响应可理解为超声图像中对超声波进行响应所形成的特征。此处的目标角度可理解为对原始超声图像进行特征提取的角度，该目标角度可以为穿刺针进行穿刺过程所采集的穿刺角度，也可以是其他滤波器进行滤波处理的角度。M为每一原始超声图像所提取到的目标特征响应的数量，M≥2。

作为一示例，步骤S202中，图像处理器在获取N个原始超声图像后，可对每一原始超声图像进行多角度特征提取，可获取该原始超声图像对应的M个目标角度对应的目标特征响应。例如，图像处理器在获取入射角度不同的5个原始超声图像后，可对每一原始超声图像进行7个角度方向的特征提取，使得每个原始超声图像均可获得7个目标角度对应的目标特征响应，以获取目标组织对应的35个目标特征响应。

本示例中，图像处理器可采用多个方向的边缘滤波器对每个入射角度对应的原始超声图像进行滤波，以得到上述该原始超声图像对应的M个目标特征响应，此处的滤波器的选择是多样化，可以是基于sobel算子进行旋转变换得到任意角度的边缘滤波器，也可以是直接使用带方向的Gabor滤波器，其核心不在于滤波器的选择，而在于提取多个不同目标角度的目标特征响应。上述该原始超声图像对应的目标特征响应可采用featureW(angF，ang， x， y)表示，代表的是每个入射角度为ang的原始超声图像的坐标位置(x，y)在目标角度为angF上滤波的目标特征响应。

一般来说，目标角度angF作为可能的穿刺针的取向，其取值范围可以与入射角度ang的取值范围一一对应，且目标角度angF的数量M和入射角度ang的数量N可以相同也可以不同。一般来说，需使目标角度angF的数量M大于入射角度ang的数量N，主要原因在于入射角度ang的数量N太多，会降低超声图像的帧率，而目标角度angF的数量M与超声图像的帧率无影响。

本示例中，一般将目标角度angF的余角（即90°-angF）的取值范围包含入射角度ang的取值范围，具体使目标角度angF的余角的取值范围与入射角度ang的取值范围一致，有助于减少后续处理的计算量，提高处理效率；或者使目标角度angF的余角的取值范围大于入射角度ang的取值范围，以便后续高斯分布拟合过程中的可用采样点更密集，使其所确定的高斯分布参数精确度更高。例如，在入射角度ang的取值范围为[-30°，30°]时，需使目标角度angF的余角的取值范围包含入射角度ang的取值范围，即可以在[-30°，30°]内，也可以比[-30°，30°]大。举例来说，如果入射角度ang的取值范围为(-20°，-10°，0，10°，20°)时，目标角度angF可以对应取为(70°， 80°， 90°， -80°， -70°)，不过也可以有更大的选择范围， 可以在其中在加入一些额外的角度选择，如选择(60°，70°，80°，90°，-80°，-70°，-60°).但目标角度angF的取值范围不得小于入射角度ang的取值范围，以避免后续进行高斯分布拟合时，无法确定最适合的高斯分布参数。可理解地，目标角度angF和入射角度ang的数量及取值范围，可根据实际情况，综合权衡性能及成像效果等需求确定。

在目标角度angF的余角的取值范围包含入射角度ang的取值范围的情况下，其优选方案使目标角度angF与入射角度ang相互垂直，此时，入射角度ang表征超声波的偏转情况，而目标角度angF表征穿刺针的穿刺角度，使两者相互垂直，既可方便处理，也可以保障穿刺针显影达到最佳效果。在实际情况下，并不必然需保障目标角度angF和入射角度ang完全垂直且一一对应，可以存在偏移，不垂直也能进行穿刺针显影，可根据实际情况确定。

作为一示例，步骤S203中，由于穿刺针这一镜面反射体的回波强度会随着与超声波入射角度的夹角变化而迅速变化，使得每一原始超声图像所提取到的M个目标特征响应也发生变化，因此，图像处理器可采用统计分析方法，对M个目标特征响应进行统计分析，确定每一原始超声图像中每一坐标位置（x，y）是否存在镜面反射体，并根据统计分析结果，强化存在穿刺针的坐标位置对应的镜面反射权重；弱化不存在穿刺针的坐标位置对应的镜面反射权重，以便后续利用该镜面反射权重突显超声图像中的穿刺针显影效果。此处的镜面反射权重可理解为根据某一坐标位置是否存在穿刺针这一镜面反射体的统计分析结果确定的权重。

其中，目标复合权重表是预先设置的用于实现空间复合的权重表，具体为根据不同入射角度计算出传统空间复合过程中的加权权重表，可由现有技术确定。本示例中，目标复合权重表一般仅依赖于空间位置，与图像内容无关，所以可以在超声设备中预先确定N个入射角度对应的目标复合权重表，在后续在这一步只是读取表中的参数即可。为了方便描述，可将传统的目标复合权重表记为sctable， 其应当是坐标位置（x，y）和入射角度ang的函数，即任一入射角度为ang的原始超声图像中坐标位置为(x，y)对应的目标复合权重为sctable(x，y，ang)，该目标复合权重可理解为依据不同入射角度对应的空间位置，确定每一坐标位置对应的复合权重。

其中，目标超声图像是指经空间复合处理的超声图像。

作为一示例，步骤S204中，图像处理器在确定每一入射角度对应的原始超声图像中某一坐标位置（x，y)对应的镜面反射权重后，可基于该坐标位置（x，y)查询预先设置的目标复合权重表，确定该坐标位置（x，y)对应的目标复合权重；然后，利用同一坐标位置（x，y)对应的镜面反射权重对该目标复合权重进行优化处理，以达到自适应强化穿刺针这一镜面反射体所在坐标位置的复合权重，弱化穿刺针这一镜面反射体以外的其他坐标位置的复合权重；最后，利用优化后的复合权重对N个入射角度对应的原始超声图像进行空间复合，保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置，而且，此过程无需额外增加成本，并保障其适用性。

本实施例中，对每一入射角度对应的原始超声图像进行多角度特征提取，以确定每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，使其可有效反映从多个目标角度的穿刺针对超声波的特征响应；接着，对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，以确定某一坐标位置是否存在穿刺针这一镜面反射体的镜面反射权重；最后，利用镜面反射权重对预先设置的目标复合权重进行优化处理，以达到自适应强化穿刺针这一镜面反射体所在坐标位置的复合权重，弱化穿刺针这一镜面反射体以外的其他坐标位置的复合权重，并利用优化后的复合权重对N个入射角度对应的原始超声图像进行空间复合，保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置，而且，此过程无需额外增加成本，并保障其适用性。

在一实施例中，如图3所示，步骤S203，即对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一原始超声图像对应的镜面反射权重，包括：

S301：对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

S302：对镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

作为一示例，步骤S301中，由于穿刺针这一镜面反射体的回波强度会随着与超声波入射角度的夹角变化而迅速变化，使得每一原始超声图像所提取到的M个目标特征响应也发生变化，因此，图像处理器在获取到每一原始超声图像所提取到的M个目标特征响应后，需要对M个目标特征响应进行统计分析，以确定每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，以实现根据M个目标特征响应分析原始超声图像是否存在镜面反射体，保障后续穿刺针显影的客观性和可靠性。此处的镜面反射概率可理解为某一超声图像中存在穿刺针这一镜面反射体的概率。

作为一示例，步骤S302中，由于穿刺针插入位置在实际操作上是有限制，因此，需结合每个入射角度ang所形成的原始超声图像对应的M个目标角度angF，可根据常规的直线方程粗略估计每个坐标位置（x，y)有穿刺针插入时，该穿刺针在超声探头平面上的穿刺针插入位置interceptX，该穿刺针插入位置interceptX可理解为坐标位置和目标角度angF的函数，可以用interceptX(x，y，angF)来表示。然后，基于该穿刺针插入位置interceptX，构建反映存在穿刺针这一镜面反射体的先验权重图，例如，可对穿刺针插入位置interceptX进行统计分析，根据统计分析结果构建先验权重图，此处的先验权重图用于反映不同坐标位置是否存在穿刺针这一镜面反射体的权重图。最后，可利用该先验权重图对基于M个目标特征响应确定的镜面反射概率进行先验调制，以确定每一原始超声图像中每一坐标位置的镜面反射权重，例如，可将同一坐标位置对应的先验权重图中的权重与其镜面反射概率的乘积，确定为该坐标位置对应的镜面反射权重。本示例中，对镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，使得所确定的每一坐标位置对应的镜面反射权重可准确反映穿刺针的位置，以保障穿刺针识别的准确性。

本实施例中，利用穿刺针这一镜面反射体的回波强度会随着与超声波入射角度的夹角变化而迅速变化的现象，需对M个目标特征响应进行统计分析，以确定每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，以确定原始超声图像中是否存在穿刺针这一镜面反射体；接着，对镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，使得所确定的每一坐标位置对应的镜面反射权重可准确反映穿刺针的位置，以保障穿刺针识别的准确性。

在一实施例中，如图4所示，步骤S301，即对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，包括：

S401：对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一原始超声图像对应的高斯分布参数；

S402：基于每一原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率。

作为一示例，步骤S401中，图像处理器在获取到每一原始超声图像所提取到的M个目标特征响应后，需要对M个目标特征响应构建其对应的类高斯分布，以获取每一原始超声图像对应的高斯分布参数，该高斯分布参数包括高斯分布的宽度特征σ和M个目标特征响应的中心位置m。

本示例中，在原始超声图像对应的入射角度为θ时，其理想的响应穿刺针的取向应当是(pi/2 –θ).那么该原始超声图像对应的M个目标特征响应应当是以(pi/2-θ)为中心的类高斯分布.即:。例如，可采用入射角度ang所对应的原始超声图像中的坐标位置(x， y)所对应的的M个目标特征响应featureW(:，ang，x，y)进行最小二乘法的高斯拟合，此处的冒号代表该维度为全部数值， 可以得到该原始超声图像中的坐标位置(x， y)对应的高斯分布参数(m， σ)；其中，σ代表着高斯分布的宽度特征，其越大表示高斯分布越宽，越小表示高斯分布越窄，因此可以用σ表征角度变化时，目标特征响应的变化速率；m表征目标特征响应的中心位置。

作为一示例，步骤S402中，图像处理器在获取每一原始超声图像对应的高斯分布的宽度特征σ和M个目标特征响应的中心位置m这两个高斯分布参数之后，可将这两个高斯分布参数输入预先设置的镜面反射概率公式进行处理，确定每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，其具体公式如下：

其中，/>是指入射角度为ang时，坐标位置(x，y)存在镜面反射体的镜面反射概率；/>为算法常数，可实验确定；/>为单调映射函数，用于将输入值映射到0-1的范围。

本实施例中，通过每一原始超声图像对应的M个目标特征响应进行高斯分布拟合，确定反映目标特征响应的变化速率和中心位置的高斯分布参数；再根据高斯分布参数，确定该原始超声图像中存在镜面反射体的镜面反射概率，以实现根据M个目标特征响应分析原始超声图像是否存在镜面反射体，保障后续穿刺针显影的客观性和可靠性。

在一实施例中，如图5所示，步骤S302，即对镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重，包括：

S501：对每一原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

S502：基于原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对镜面反射概率进行调制，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

作为一示例，由于穿刺针插入位置在操作上是有限制时，因此，需结合每个入射角度ang所形成的原始超声图像对应的目标角度angF，可根据直线方向粗略估计每个坐标位置（x，y)有穿刺针插入时，该穿刺针在超声探头平面上的穿刺针插入位置interceptX，该穿刺针插入位置interceptX可理解为坐标位置和目标角度angF的函数，可以用interceptX(x，y，angF)来表示。

本示例中，由于不同入射角度的原始超声图像对应的穿刺针插入位置应该是需要满足一定的概率分布。穿刺针在插入目标组织时应当是尽量靠近超声探头， 但一般不会完全贴着超声探头，会留一小段距离，所以可设计一个分布函数，用以描述这种概率差异即可，这里我们用μ表示，这个分布函数是穿刺针插入位置interceptX对应的函数，且与入射角度相关，即图像处理器对每一原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，该穿刺针分布概率如下：

其中，/>是指入射角度为ang时，坐标位置（x，y）为穿刺针插入位置的穿刺针分布概率；interceptX为穿刺针插入位置；/>为分布函数，具体可选用瑞利分布函数， 也可以直接通过大量实验统计这个位置得出这个关系对应的分布函数。可理解地，可采用原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率/>，表征不同入射角度对应的原始超声图像中，穿刺针出现位置的穿刺针分布概率，该穿刺针分布概率可理解为反映存在穿刺针这一镜面反射体的先验权重图。

作为一示例，图像处理器在获取原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率后，需采用该穿刺针分布概率/>，对根据M个目标特征响应进行高斯分布拟合确定的镜面反射概率/>进行调制，即利用穿刺针分布概率所形成的先验权重图对镜面反射概率/>进行先验调制，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重/>。此处的镜面反射权重/>可有效反映某一入射角度对应的原始超声图像中，每一坐标位置中存在穿刺针这一镜面反射体对应的镜面反射特征的权重，具体可采用这一公式确定，即最终确定的某一坐标位置对应的镜面反射权重/>为其镜面反射概率和穿刺针分布概率/>的乘积，以使该镜面反射权重可有效反映原始超声图像中是否存在穿刺针的概率，以便后续准确识别穿刺针的位置，保障后续穿刺针显影的客观性和可靠性。

本实施例中，针对每一入射角度对应的原始超声图像，基于目标角度angF及其坐标位置(x，y)，确定对应的穿刺针插入位置，并采用分布函数对该穿刺针插入位置进行概率分布处理，确定原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，以客观显示每一坐标位置是否存在穿刺针；再利用该穿刺针分布概率对基于M个目标特征响应所形成的镜面反射概率进行先验调制，以使其所确定的每一坐标位置对应的镜面反射权重可准确反映穿刺针的位置，以保障穿刺针识别的准确性。

在一实施例中，如图6所示，步骤S204，即基于N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像，包括：

S601：对N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个原始超声图像对应的目标融合权重；

S602：基于N个原始超声图像对应的目标融合权重，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

作为一示例，步骤S601中，图像处理器在根据每一原始超声图像对应的M个目标特征响应进行穿刺针镜面分析，确定该原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重后，需获取预先设置的目标复合权重sctable(x，y，ang)；然后，对每一入射角度ang中同一坐标位置（x，y）对应的镜面反射权重/>和目标复合权重sctable(x，y，ang)进行加权处理，以使融合后的目标融合权重既可反映不同入射角度的空间位置，又反映是否存在穿刺针这一镜面反射体的统计分析结果，可保障后续穿刺针显影的客观性和可靠性。本示例中，可将传统的空间位置相关的目标复合权重sctable与镜面反射体相关的镜面反射权重reflectW进行融合，其输出的目标融合权重如下：

其中，是指入射角度为ang时，坐标位置（x，y）对应的目标融合权重；指入射角度为ang时，坐标位置（x，y）对应的目标复合权重；指入射角度为ang时，坐标位置（x，y）对应的镜面反射权重。由上述公式可知，其输出的目标融合权重与传统基于空间位置确定的目标融合权重相比，其增加该坐标位置是否存在穿刺针这一镜面反射体的镜面反射权重，可有助于保障识别穿刺针的准确性。

作为一示例，步骤S602中，图像处理器在获取到N个不同入射角度ang对应的原始超声图像中每一坐标位置（x，y)对应的目标融合权重后，可基于N个原始超声图像对应的目标融合权重，对原始超声图像中同一坐标位置（x，y）对应的图像特征（包括但不限于像素灰度值）进行加权复合，以获取N个入射角度对应的原始超声图像进行空间复合后的目标超声图像。本示例中，利用N个入射角度中同一坐标位置对应的多个目标融合权重，对该坐标位置对应的多个图像特征进行加权复合，其空间复合公式如下：其中，img为原始超声图像，是指入射角度为ang时，坐标位置（x，y）对应的图像特征，具体可以为像素灰度值；/>是指空间复合后的目标超声图像，是利用目标融合权重，对N个原始超声图像中同一坐标位置对应的N个图像特征进行空间复合后的输出结果。由于最终输出的目标超声图像是对传统的空间复合的目标复合权重优化，通过自适应的加强穿刺针的存在概率较高图像特征的目标融合权重来实现，此过程无需进行穿刺针定位和穿刺针增强处理，使得其最终形成的目标超声图像能够突显穿刺针的同时进行自然显示，保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置。

本实施例中，对N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，使得其所确定的目标融合权重可以突显穿刺针的权重；再利用该目标融合权重对N个原始超声图像进行空间复合，此过程无需进行穿刺针定位和穿刺针增强处理，使得其最终形成的目标超声图像能够突显穿刺针的同时进行自然显示，保障目标超声图像中穿刺针显影的图像质量，可准确识别穿刺针位置，而且，此过程无需额外增加成本，并保障其适用性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种超声穿刺针显影装置，该超声穿刺针显影装置与上述实施例中超声穿刺针显影方法一一对应。如图7所示，该超声穿刺针显影装置包括原始超声图像获取模块701、目标特征响应获取模块702、镜面反射权重获取模块703和目标超声图像获取模块704。各功能模块详细说明如下：

原始超声图像获取模块701，用于获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

目标特征响应获取模块702，用于对每一原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

镜面反射权重获取模块703，用于对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一原始超声图像对应的镜面反射权重；

目标超声图像获取模块704，用于基于N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

在一实施例中，镜面反射权重获取模块703，包括：

镜面反射概率获取单元，用于对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

镜面反射权重获取单元，用于对镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

在一实施例中，镜面反射概率获取单元，包括：

高斯分布参数获取子单元，用于对每一原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一原始超声图像对应的高斯分布参数；

镜面反射概率获取子单元，用于基于每一原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率。

在一实施例中，镜面反射权重获取单元，包括：

穿刺针分布概率获取子单元，用于对每一原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

镜面反射权重获取子单元，用于基于原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对镜面反射概率进行调制，获取原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

在一实施例中，目标超声图像获取模块704，包括：

目标融合权重获取单元，用于对N个原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个原始超声图像对应的目标融合权重；

目标超声图像获取单元，用于基于N个原始超声图像对应的目标融合权重，对N个原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

关于超声穿刺针显影装置的具体限定可以参见上文中对于超声穿刺针显影方法的限定，在此不再赘述。上述超声穿刺针显影装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于超声设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于超声设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一实施例中，提供一种超声设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中超声穿刺针显影方法，例如图2所示S201-S204，或者图3至图6中所示，为避免重复，这里不再赘述。或者，处理器执行计算机程序时实现超声穿刺针显影装置这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图7所示的原始超声图像获取模块701、目标特征响应获取模块702、镜面反射权重获取模块703和目标超声图像获取模块704的功能，为避免重复，这里不再赘述。

在一实施例中，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中超声穿刺针显影方法，例如图2所示S201-S204，或者图3至图6中所示，为避免重复，这里不再赘述。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述超声穿刺针显影装置这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图7所示的原始超声图像获取模块701、目标特征响应获取模块702、镜面反射权重获取模块703和目标超声图像获取模块704的功能，为避免重复，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超声穿刺针显影方法，其特征在于，包括：

获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

对每一所述原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重；

基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像；

所述对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重，包括：

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重；

所述对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率，包括：

对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数；

基于每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

所述基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像，包括：

对N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个所述原始超声图像对应的目标融合权重；

基于N个所述原始超声图像对应的目标融合权重，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

2.如权利要求1所述的超声穿刺针显影方法，其特征在于，所述对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重，包括：

对每一所述原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

基于所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对所述镜面反射概率进行调制，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

3.一种超声穿刺针显影装置，其特征在于，包括：

原始超声图像获取模块，用于获取N个入射角度对应的原始超声图像，N为大于1的奇数；

目标特征响应获取模块，用于对每一所述原始超声图像进行多角度特征提取，获取每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应，M≥2；

镜面反射权重获取模块，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行穿刺针镜面分析，获取每一所述原始超声图像对应的镜面反射权重；

目标超声图像获取模块，用于基于N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像；

所述镜面反射权重获取模块，包括：

镜面反射概率获取单元，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行统计分析，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

镜面反射权重获取单元，用于对所述镜面反射概率进行穿刺针插入位置先验调制，获取每一所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重；

所述镜面反射概率获取单元，包括：

高斯分布参数获取子单元，用于对每一所述原始超声图像中M个目标角度对应的目标特征响应进行高斯分布拟合，获取每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数；

镜面反射概率获取子单元，用于基于每一所述原始超声图像对应的高斯分布参数，获取每一所述原始超声图像存在镜面反射体的镜面反射概率；

所述目标超声图像获取模块，包括：

目标融合权重获取单元，用于对N个所述原始超声图像对应的镜面反射权重和目标复合权重表进行融合处理，获取N个所述原始超声图像对应的目标融合权重；

目标超声图像获取单元，用于基于N个所述原始超声图像对应的目标融合权重，对N个所述原始超声图像进行空间复合，获取目标超声图像。

4.如权利要求3所述的超声穿刺针显影装置，其特征在于，所述镜面反射权重获取单元，包括：

穿刺针分布概率获取子单元，用于对每一所述原始超声图像中的穿刺针插入位置进行概率分布分析，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率；

镜面反射权重获取子单元，用于基于所述原始超声图像中每一坐标位置对应的穿刺针分布概率，对所述镜面反射概率进行调制，获取所述原始超声图像中每一坐标位置对应的镜面反射权重。

5.一种超声设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述超声穿刺针显影方法。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述超声穿刺针显影方法。