穿刺增强方法、装置及系统与流程

本发明涉及超声波成像技术领域，尤其涉及一种穿刺增强方法、装置及系统。

背景技术：

穿刺增强技术如今广泛应用于医学超声实践中，以引导医生进行穿刺类手术，但在常规B超模式下，穿刺针的光滑表面，会引起针体的镜面反射，使得针体部分的超声回波过于微弱，图像显示的可见度太低，不利于医生进行操作。

目前穿刺增强技术主要有三种：

一是定制特殊的穿刺针，使其表面的镜面反射不再完美，从而增大接收到的回波，但是，由于医生在动手术时针对不同的病例，需要使用不同规格的穿刺针，无法专门定制，适用性较低，也增大了手术的成本；

二是采用外加设备来引导穿刺操作，在超声显示时在图像中对其进行定位，但是在实际操作中，虽然能够对针体进行精准定位，但并没有将针体本身的图像清晰地在图像中展现出来，缺乏增强显示；

三是增加一帧探头在大偏转角度下发射的图像，以保证超声波发射方向与穿刺针体垂直，但是由于人体内组织的复杂性，类似针体的结构很多，想要通过图像处理算法非常精确地判断其中针体的位置非常困难，而且此种手法需具备足够经验的人员才能实施，实用性较低。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种穿刺增强方法，旨在一定程度上解决现有的穿刺增强技术成本高、缺乏增强显示、及实用性较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种穿刺增强方法，包括以下步骤：

控制超声探头在常规B扫描之外，另发射一帧大角度偏转的超声波；

利用超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向；

根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向；

将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合。

进一步地，所述将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合的步骤之后，还包括：

对融合后的图像帧进行后处理，并成像显示。

进一步地，所述将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合的步骤包括：

获取穿刺针的针体参数；

依据所述针体参数，在针体及其附近区域，赋予权重给复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素；

在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加。

进一步地，所述后处理包括图像增强、扫描坐标变换、及伪彩。

本发明的另一目的在于提供一种穿刺增强装置，包括：

偏转波发射模块，在常规B扫描之外，另发射一帧大角度偏转的超声波；

穿刺针检测模块，利用超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向；

偏转角指定模块，根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向；及

融合模块，将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合。

进一步地，该穿刺增强装置还包括：

后处理及显示模块，对融合后的图像帧进行后处理，并成像显示。

进一步地，所述融合模块包括：

检测单元，获取穿刺针的针体参数；

加权单元，依据所述针体参数，在针体及其附近区域，赋予权重给复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素；

叠加单元，在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加。

进一步地，所述后处理包括图像增强、扫描坐标变换、及伪彩。

本发明还提供一种穿刺增强系统，包括：

如上所述的穿刺增强装置；

穿刺针；

超声探头，发射和接收超声波；及

显示器，显示超声波扫描的输出图像。

本发明的穿刺增强方法，应用于临床穿刺中，超声探头在常规B扫描之外，另发射一帧大角度偏转的超声波，以增强穿刺针在超声图像中的显示，通过超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向，然后根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向，以便大角度偏转的超声波能够实时增强穿刺针在超声图像中的显示，最后将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合，得到增强后的针体图像。本发明的穿刺增强方法，根据超声探头内的磁导航模块对穿刺针进行定位，自动调整大角度偏转的超声波的发射方向，操作方便，定位准确，能够始终保持融合后具有最佳的增强效果。

附图说明

图1为本发明穿刺增强方法一实施例的流程图；

图2为图1中步骤S40的具体流程图；

图3为本发明穿刺增强装置一实施例的功能模块图；

图4为图3中融合模块的具体模块图；

图5为本发明穿刺增强系统一实施例的示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

众所周知，在常规B超模式下进行超声成像时，穿刺针的光滑表面会引起针体的镜面反射，从而导致针体部分的超声回波过于微弱，进而在超声成像中可见度过低，不利于医生参照超声图像进行穿刺操作，因而需要增强穿刺针在超声图像中的显示效果。

本发明提供一种穿刺增强方法。

超声成像的基本工作原理是：

1、超声探头内的压电换能器将施加在它上面的电压脉冲激励转换为机械振动，从而对外发射出超声波，在本发明中，超声探头还会增加发射大偏转角度的超声波；

2、超声波在媒介中传播，会产生反射波和散射波，探头接收到回波后，将振动能量变换成电信号，并经过模数处理后生成相应的图像数据并对其进行解析；

3、解析出的图像数据经过空间复合等图像前处理操作之后进行缓存，其中，在本发明中，解析出的图像数据还将包括大偏转角度的图像数据；

4、数据缓存区把处理的中间数据结果缓存下来，以方便检查和参数调节；

5、缓存后的图像数据经过增益、动态范围变换等图像后处理操作后最终显示于显示屏幕上。

参照图1，图1为穿刺增强方法一实施例的流程图，在该实施例中，穿刺增强方法包括以下步骤：

S10：控制超声探头在常规B扫描之外，另发射一帧大角度偏转的超声波；

S20：利用超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向；

S30：根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向；

S40：将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合；

S50：对融合后的图像帧进行后处理，并成像显示。

本实施例的穿刺增强方法，应用于临床穿刺中，在控制超声探头进行常规的B扫描之外，另外发射一帧大角度偏转的超声波，以增强穿刺针在超声图像中的显示，通过超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向，然后根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向，以便大角度偏转的超声波能够实时增强穿刺针在超声图像中的显示，最后将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合，得到增强后的针体图像，经过图像增强、扫描坐标变换以及伪彩等后处理后，在显示屏幕上予以显示。

本实施例的穿刺增强方法，根据超声探头内的磁导航模块对穿刺针进行定位，自动调整大角度偏转的超声波的发射方向，操作方便，定位准确，能够始终保持融合后具有最佳的增强效果。

进一步地，步骤S40包括：

S41：获取穿刺针的针体参数；

S42：依据所述针体参数，在针体及其附近区域，赋予权重给复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素；

S43：在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加。

本实施例的穿刺增强方法，将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合的步骤具体包括：获取穿刺针的针体参数，如位置和方向等，然后依据上述参数在穿刺针的针体及其附近区域，赋予权重给缓存区的复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素，最后在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加，使得穿刺针的针体的对应像素增加，成像更加清晰。

参照图3，本发明一实施例还提出一种穿刺增强装置100，包括：

偏转波发射模块10，在常规B扫描之外，另发射一帧大角度偏转的超声波；

穿刺针检测模块20，利用超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向；

偏转角指定模块30，根据检测到的穿刺针的位置和方向，指定下一轮大角度偏转超声波的发射方向；

融合模块40，将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合

后处理及显示模块50，对融合后的图像帧进行后处理，并成像显示。

本实施例的穿刺增强装置100，包括偏转波发射模块10、穿刺针检测模块20、偏转角指定模块30、融合模块40、后处理及显示模块50，其中，偏转波发射模块10用于控制超声探头发射超声波进行常规的B扫描之外，另外发射一帧大角度偏转的超声波，以增强穿刺针在超声图像中的显示，穿刺针检测模块20利用超声探头内的磁导航模块检测穿刺针的位置和方向信息，偏转角指定模块30根据检测到的穿刺针的位置和方向，在下一轮超声波发射时指定大角度偏转的超声波的发射方向，使该超声波尽可能垂直地施加于穿刺针所在的位置，融合模块40将常规B扫描的复合图像帧与大偏转的图像帧在穿刺针及其附近区域进行融合，最后由后处理及显示模块50对融合后的图像帧进行图像增强和扫描坐标变换以及伪彩等后处理操作，并将处理后的融合图像显示于显示屏幕中。

本实施例的穿刺增强装置100，根据超声探头内的磁导航模块对穿刺针进行定位，自动调整大角度偏转的超声波的发射方向，操作方便，定位准确，能够始终保持融合后具有最佳的增强效果。

进一步地，参照图4，融合模块40包括：

检测单元41，获取穿刺针的针体参数；

加权单元42，依据所述针体参数，在针体及其附近区域，赋予权重给复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素；

叠加单元43，在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加。

本实施例的穿刺增强装置100，融合模块40包括检测单元41、加权单元42、及叠加单元43，其中，检测单元43获取穿刺针的针体参数，如穿刺针的位置和方向等，加权单元42依据获取到的穿刺针的针体参数，在针体及其附近区域，赋予权重给复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素，方便叠加单元43在穿刺针及其附近区域，将复合图像帧和大偏转图像帧的对应像素进行叠加，使得穿刺针的针体的对应像素增加，成像更加清晰。

参照图5，本发明一实施例还提供一种穿刺增强系统，包括：

穿刺增强装置100；

穿刺针300；

超声探头500，发射和接收超声波；及

显示器700，显示超声波扫描的输出图像。

本实施例的穿刺增强系统，包括穿刺增强装置100、穿刺针300、超声探头500、及显示器700，在临床穿刺过程中，由超声探头500发射超声波和大角度偏转的超声波到人体进行穿刺的部位，超声波遇到人体组织和穿刺针300，产生反射波和散射波，再由超声探头500进行回收，穿刺增强装置100检测穿刺针的位置和方向信息，指定下一轮大偏转超声波的发射方向，在穿刺针及其附近区域将常规B扫描的复合图像帧与大偏转图像帧融合后，在显示器700上予以显示。

本实施例的穿刺增强系统，基于上述的穿刺增强装置100，根据超声探头500内的磁导航模块对穿刺针300进行定位，自动调整大角度偏转的超声波的发射方向，以在显示器700上把穿刺针300的针体清晰地显示出来，操作方便，定位准确，能够始终保持融合后具有最佳的增强效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。