專利名稱：超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)成像技木，尤其涉及一種超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法。
背景技術(shù)：
超聲(Ultrasound)醫(yī)學(xué)是聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、光學(xué)及電子學(xué)相結(jié)合的學(xué)科。凡研究高于可聽聲頻率的聲學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用即超聲醫(yī)學(xué)。包括超聲診斷學(xué)、超聲治療學(xué)和生物醫(yī)學(xué)超聲工程，所以超聲醫(yī)學(xué)具有醫(yī)、理、エ三結(jié)合的特點(diǎn)，涉及的內(nèi)容廣泛，在預(yù)防、診斷、治療疾病中有很高的價(jià)值。超聲醫(yī)學(xué)的中的ー個(gè)重要的項(xiàng)目就是超聲成像技木。超聲成像技術(shù)就是由ー探頭 發(fā)射超聲波并接收反射的超聲波。依據(jù)超聲波的回聲信號(hào)來產(chǎn)生圖像。毎秒振動(dòng)2萬-10億次，人耳聽不到的聲波稱為超聲波。利用超聲波的物理特性進(jìn)行診斷和治療的影像學(xué)科，稱為超聲成像。其臨床應(yīng)用范圍廣泛，目前已成為現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。目前常規(guī)的超聲診斷儀器包括主機(jī)和探頭，ー個(gè)主機(jī)可以有ー個(gè)、兩個(gè)或更多的探頭，而ー個(gè)探頭內(nèi)可以安裝數(shù)十個(gè)以至千個(gè)以上晶片，這些晶片組成陣元，依次輪流エ作、發(fā)射和接收聲能。晶片由電致伸縮材料構(gòu)成，擔(dān)任電、聲或聲、電的能量轉(zhuǎn)換，故也稱為換能器。探頭的種類案按頻率分有單頻、多頻和寬頻探頭。按壓電晶片的排列分有線陣、環(huán)陣、凸陣，按用途分又有體表、腔內(nèi)、管內(nèi)等等。超聲診斷的基本原理如下超聲在人體內(nèi)傳播，由于人體各種組織有聲學(xué)的特性差異，超聲波在兩種不同組織界面處產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、衰減以及聲源與接收器相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒頻移等物理特性。應(yīng)用不同類型的超聲診斷儀，采用各種掃查方法，接收這些反射、散射信號(hào)，顯示各種組織及其病變的形態(tài)，結(jié)合病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)，觀察、分析、總結(jié)不同的反射規(guī)律，而對病變部位、性質(zhì)和功能障礙程度作出診斷。一般的普通超聲所采集的圖像為ニ維平面圖像，目前普通超聲是使用最為廣泛的超聲診斷技木。但是ニ維平面圖像有其局限性，通常只能觀察到垂直體表或稍有一定角度切面的組織情況，并且受位置等影響較大，無法實(shí)現(xiàn)冠狀面的觀察診斷。近年來，為了克服傳統(tǒng)普通超聲的不足，研發(fā)了三維超聲技術(shù)。三維超聲的基本工作原理如下通過機(jī)械エ藝保證探頭的勻速運(yùn)行，在勻速運(yùn)行的探頭所觀察到的ニ維平面圖像中，以固定的時(shí)間間隔采樣圖像，比如以IOms為間隔采集由探頭采集的ニ維平面圖像。在獲取了一系列的平面圖像后，將這些平面圖像以圖像幀的形式提供給圖形工作站，由圖形工作站依據(jù)這些圖像幀進(jìn)行建模，產(chǎn)生三維模型，達(dá)到三維超聲的效果。圖形工作站通常采用ー種稱為三維容積斷層技術(shù)(iSlice)來處理由探頭采集的ニ維平面圖像，將這些ニ維平面圖像構(gòu)建成三維圖形，從而可以重建出各個(gè)方向切面(包括冠狀面)圖像。用于淺表組織和器官的三維超聲探頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外觀呈方形，使用起來就像對病灶加蓋印章，對于稍大的病灶很難獲取其完整圖像信息。最近，基于乳放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，超聲廠家開發(fā)出了自動(dòng)乳腺容積掃描(auto breast volume scanner, ABVS),并在部分大醫(yī)院開始應(yīng)用于臨床，其探頭采用特制的15. 4cm長的線陣探頭，掃描距離達(dá)16. Scm0通過機(jī)械エ藝保證探頭的勻速運(yùn)行，在勻速運(yùn)行的過程中按一定的時(shí)間間隔采樣ニ維平面圖像圖像，然后由圖形エ作站重建出冠狀面圖像。由于其體積龐大，不適用于應(yīng)用于甲狀腺、四肢等部位的檢測。他們共同的缺點(diǎn)是應(yīng)用的靈活性不足，全套設(shè)備成本高昂，很多醫(yī)院難以承受，不適合廣泛推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明g在提出ー種更加便捷，適合廣泛推廣的超聲容積掃描斷層成像方法，適用于淺表組織與器官。根據(jù)本發(fā)明的ー實(shí)施例，提出一種超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，包括如下步驟由超聲探頭采集淺表組織與器官的連續(xù)多幀ニ維超聲圖像，每ー幀ニ維超聲圖像對應(yīng)淺表組織與器官的ー個(gè)切面。對所述連續(xù)多幀ニ維超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到經(jīng)處理的ニ維圖像，即容積數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理包括濾波、增強(qiáng)和分割；基于經(jīng)處理的ニ維圖像進(jìn)行切面圖像重建，得到淺表組織與器官的多切面圖像，所述重建包括根據(jù)經(jīng)處理的ニ 維圖像進(jìn)行橫切面、矢狀面和冠狀面圖像重建。其中上述的切面圖像重建是三切面(橫切面、矢狀面和冠狀面)重建。在一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)多幀ニ維超聲圖像包含容積數(shù)據(jù)信息。連續(xù)多幀ニ維超聲圖像是DICOM格式，采集的頻率是每秒30幀。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)處理包括如下的步驟對ニ維超聲圖像進(jìn)行濾波消除噪聲；獲取每一幀ニ維超聲圖像中對應(yīng)的切面的數(shù)據(jù)；依據(jù)切面的數(shù)據(jù)建立直方圖；依據(jù)直方圖確定分割閾值；增強(qiáng)ニ維超聲圖像中的感興趣區(qū)域，增強(qiáng)基于灰度分布；對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割。在一個(gè)實(shí)施例中，對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割包括使用下述之ー的方法對對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割區(qū)域生長、全交互分割、Livewire和Fast marching。在一個(gè)實(shí)施例中，使用與分割對應(yīng)的Marching Cubes方法繪制淺表組織與器官的橫切面、矢狀面和冠狀面圖像；在一個(gè)實(shí)施例中，橫切面、矢狀面和冠狀面圖像繪制還包括三正交切面空間同步和三正交切面時(shí)間同歩。在一個(gè)實(shí)施例中，三正交切面空間同步在于淺表組織與器官容積數(shù)據(jù)任意空間位置關(guān)系上相互對應(yīng)同步，三正交切面時(shí)間同步在于組織與器官容積數(shù)據(jù)任意時(shí)間關(guān)系上相互對應(yīng)同步。在一個(gè)實(shí)施例中，三正交切面同步處理使橫切面、矢狀面和冠狀面在空間上和時(shí)間上相互對應(yīng)，同步顯示。本發(fā)明的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法可以采用DICOM數(shù)據(jù)格式，適合與不同的超聲探頭配合，容積斷層成像的過程更加簡單，可以簡化圖工作站的要求，容積斷層成像設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和便捷化。


圖I掲示了根據(jù)本發(fā)明的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法的流程圖。
圖2掲示了根據(jù)本發(fā)明的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法中預(yù)處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式參考圖I所示，圖I掲示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法的流程圖，該方法100包括101.由超聲探頭連續(xù)采集淺表組織與器官的連續(xù)多幀ニ維超聲圖像,每ー幀ニ維超聲圖像對應(yīng)淺表組織與器官的ー個(gè)切面。在步驟101中，本發(fā)明采取兩種方式來獲得連續(xù)的ニ維超聲圖像。第一種方式是采用傳統(tǒng)的機(jī)械手段控制超聲探頭勻速移動(dòng)，以固定的間隔頻率，比如毎秒30幀采集圖像。另ー種方式是采用等距采樣的方式，通過ー個(gè)定標(biāo)尺和定標(biāo)尺上間隔設(shè)置的一系列定標(biāo)標(biāo)記來以固定間隔采集圖像，并且使得采集的圖像的密度相當(dāng)于每秒30幀的水平。在一個(gè)實(shí)施例中，ニ維超聲圖像是DICOM格式，采集的頻率是毎秒30幀，或者相當(dāng)于每秒30幀的采集密度。 102.對數(shù)幀ニ維超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到經(jīng)處理的ニ維圖像，即容積數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括濾波、增強(qiáng)和分割。圖2掲示了根據(jù)本發(fā)明的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法中預(yù)處理的流程圖。如圖2所示，預(yù)處理步驟102包括如下的過程201.對ニ維超聲圖像進(jìn)行濾波消除噪聲。濾波方法針對噪聲而言，現(xiàn)在圖像質(zhì)量比較好，不過對于某些場合還是需要進(jìn)行濾波操作的，濾波方法涉及一般的圖像處理濾波。202.獲取每一幀ニ維超聲圖像中對應(yīng)的切面的數(shù)據(jù)。203.依據(jù)所述切面的數(shù)據(jù)建立直方圖。直方圖有助于用戶交互式分割確定闡值，了解大概的圖像灰度分布信息。204.依據(jù)所述直方圖確定分割閾值。205.增強(qiáng)ニ維超聲圖像中的感興趣區(qū)域，增強(qiáng)基于灰度分布。圖像增強(qiáng)可以突出用戶感興趣的區(qū)域。206.對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟206中對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割包括使用下述之ー的方法對對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割區(qū)域生長、全交互分割、Livewire和Fast marching。在一個(gè)實(shí)施例中，對分割后的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并保存在數(shù)據(jù)庫中，還可以對各種輸入數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換并保存結(jié)果。103.基于經(jīng)處理的ニ維圖像進(jìn)行切面重建，得到淺表組織與器官的橫切面、矢狀面和冠狀面圖像，切面重建包括根據(jù)經(jīng)處理的容積數(shù)據(jù)進(jìn)行三正交切面空間同步和時(shí)間同步處理。在一個(gè)實(shí)施例中面繪制使用與分割對應(yīng)的Marching Cubes方法繪制淺表組織與器官的切面圖像。切面重建過程對于不同灰度進(jìn)行分割，提取出感興趣結(jié)構(gòu)的切面信息，使得重建的切面圖像清晰直觀、逼真。在一個(gè)實(shí)施例中三正交切面空間同步和時(shí)間同步處理,保證橫切面、矢狀面和冠狀面在空間分布和時(shí)間對應(yīng)上同步顯示。在一個(gè)實(shí)施例中，三正交切面空間同步在于淺表組織與器官容積數(shù)據(jù)任意空間位置關(guān)系上相互對應(yīng)同步，三正交切面時(shí)間同步在于組織與器官容積數(shù)據(jù)任意時(shí)間關(guān)系上相互對應(yīng)同歩。三正交切面同步處理使橫切面、矢狀面和冠狀面在空間上和時(shí)間上相互對應(yīng)，同步顯示。
本發(fā)明的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法可以采用DICOM數(shù)據(jù)格式，適合與不同的超聲探頭配合，斷層成像的過程 更加簡單，可以簡化圖工作站的要求，從而使得斷層成像設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化和便捷化。
權(quán)利要求
1.一種超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，包括 由超聲探頭采集淺表組織與器官的連續(xù)多幀ニ維超聲圖像，每ー幀ニ維超聲圖像對應(yīng)淺表組織與器官的一個(gè)切面； 對所述連續(xù)多幀ニ維超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到經(jīng)處理的ニ維圖像，即容積數(shù)據(jù)，所述預(yù)處理包括濾波、增強(qiáng)和分割； 基于經(jīng)處理的ニ維圖像進(jìn)行切面圖像重建，得到淺表組織與器官的多切面圖像，所述重建包括根據(jù)經(jīng)處理的ニ維圖像進(jìn)行橫切面、矢狀面和冠狀面圖像重建。
2.如權(quán)利要求I所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，所述連續(xù)多幀ニ維超聲圖像包含容積數(shù)據(jù)信息。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，所述數(shù)幀ニ維超聲圖像是DICOM格式，采集的頻率是每秒30幀。
4.如權(quán)利要求I所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括 對ニ維超聲圖像進(jìn)行濾波消除噪聲； 獲取每一幀ニ維超聲圖像中對應(yīng)的切面的數(shù)據(jù)； 依據(jù)所述切面的數(shù)據(jù)建立直方圖； 依據(jù)所述直方圖確定分割閾值； 增強(qiáng)ニ維超聲圖像中的感興趣區(qū)域，所述增強(qiáng)基于灰度分布； 對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割。
5.如權(quán)利要求4所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在干，所述對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割包括使用下述之ー的方法對對感興趣區(qū)域進(jìn)行分割區(qū)域生長、全父互分割、Livewire 和 Fast marching。
6.如權(quán)利要求5所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在干，所述面繪制使用與分割對應(yīng)的Marching Cubes方法繪制淺表組織與器官的橫切面、矢狀面和冠狀面圖像。
7.如權(quán)利要求6所述超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在干，所述橫切面、矢狀面和冠狀面圖像繪制還包括三正交切面空間同步和三正交切面時(shí)間同步。
8.如權(quán)利要求7所述超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，所述三正交切面空間同步在于淺表組織與器官容積數(shù)據(jù)任意空間位置關(guān)系上相互對應(yīng)同步，三正交切面時(shí)間同步在于組織與器官容積數(shù)據(jù)任意時(shí)間關(guān)系上相互對應(yīng)同歩。
9.如權(quán)利要求8所述的超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，其特征在于，所述三正交切面空間同步和三正交切面時(shí)間同步使觀察組織和病變時(shí)橫切面、矢狀面和冠狀面始終同步顯示。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種超聲淺表組織與器官容積掃描斷層成像方法，包括由超聲探頭采集淺表組織與器官的連續(xù)多幀二維超聲圖像，每一幀二維超聲圖像對應(yīng)淺表組織與器官的一個(gè)切面。對連續(xù)多幀二維超聲圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到經(jīng)預(yù)處理的容積數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括濾波、增強(qiáng)和分割?；诮?jīng)處理的二維圖像進(jìn)行三切面，即橫切面、矢狀面和冠狀面重建，得到淺表組織與器官的多切面圖像，上述三切面圖像經(jīng)三正交切面同步處理使得橫切面、矢狀面和冠狀面圖像時(shí)間同步和空間同步，三正交切面同步處理包括時(shí)間同步處理和空間同步處理。本發(fā)明可以采用常規(guī)淺表線陣探頭，斷層成像的過程更加簡單，實(shí)現(xiàn)淺表組織與器官容積掃描斷層成像設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)小型化和便捷化。
文檔編號(hào)A61B8/13GK102688071SQ20121019725
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者陳悅, 陳林 申請人:華東醫(yī)院