一种分布式的超声扫查系统及通信方法

1.本发明涉及医疗影像处理技术领域，具体涉及一种分布式的超声扫查系统及通信方法。


背景技术：

2.医学超声检查，是一种基于超声波检测的医学影像学诊断技术。通过向患者发送超声波可以实现在患者体外实现对患者的肌肉组织、内脏器官——包括大小、结构以及病理学病灶的可视化成像，以辅助医生对患者的疾病作出有效诊断。超声扫查设备，则是通过应用上述技术的一种医疗仪器，其通过发射超声波并探测其回波的方式对患者的各个组织部分进行检测以辅助医疗诊断过程。通常情况下，超声扫查设备至少包括一扫查探头，扫查探头中具有至少一换能器以向患者发射超声波，并通过扫查探头接收超声波的回波。超声扫查设备根据其探测方式通常可分为a型、b型、d型、m型、超声弹性成像和超声造影成像等，其中，b型超声波检查，即灰阶超声图像是医学检查中最为常用的超声检测手段。
3.现有技术中，由于超声扫查设备的图像重建需要占用较多计算资源，因此现有的超声扫查设备通常会设置一体积较大的主机以对接收到的超声波回波进行处理，这导致了超声扫查设备通常需要设置在特定地点难以移动。同时，在实施过程中，发明人发现，由于不同年代、厂家的超声扫查设备之间的兼容性设计不佳，导致现有的超声扫查数据流转不畅，不能很好地满足医疗数字化的需求，并且难以采用人工智能技术对影像进行进一步的处理，这导致了诊疗效果不佳的问题。同时，由于现有的超声扫查设备通常仅能设置在特定地点，在患者需要进行超声扫查时必须前往医疗机构，因此不能很好地满足部分患者需要在家或在社区中进行超声检查的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种分布式的超声扫查系统及通信方法。
5.具体技术方案如下：
6.一种分布式的超声扫查系统，包括：
7.至少一个超声扫查设备，所述超声扫查设备包括至少一个扫查探头，所述扫查探头用于对患者进行超声波扫查以获取回波数据；
8.数据采集单元，所述数据采集单元连接至至少一个所述超声扫查设备，所述数据采集单元接收所述回波数据，并对所述回波数据进行压缩生成压缩数据；
9.处理主机，所述处理主机连接所述数据采集单元，所述处理主机获取所述压缩数据并根据所述压缩数据生成第一超声影像。
10.优选地，所述超声扫查系统还包括一终端处理设备；
11.所述终端处理设备连接所述数据采集单元或所述超声扫查设备，以获取所述回波数据；
12.所述终端处理设备根据所述回波数据生成并显示第二超声影像；
13.所述第二超声影像的成像质量低于所述第一超声影像。
14.优选地，所述终端处理设备包括：
15.通信模块，所述通信模块连接所述超声扫查设备或所述数据采集单元，所述通信模块接收所述回波数据；
16.回路检测模块，所述回路检测模块连接所述通信模块；
17.当所述通信模块自所述超声扫查设备接收所述回波数据时，所述回路检测模块检测所述通信模块与所述超声扫查设备的通信连接情况；
18.当所述通信连接情况达到一预设条件时，所述回路检测模块控制所述通信模块与所述数据采集单元建立通信连接，以继续接收所述回波数据。
19.优选地，所述超声扫查系统还包括：
20.信息管理单元，所述信息管理单元连接所述处理主机，所述信息管理单元获取所述第一超声影像；
21.所述信息管理单元包括一病历子模块，所述病历子模块在预先采集的对应于所述患者的电子病历中录入所述第一超声影像。
22.优选地，所述超声扫查系统还包括一影像识别单元；
23.所述影像识别单元连接至所述信息管理单元，所述影像识别单元自所述信息管理单元中获取所述第一超声影像；
24.所述影像识别单元包括：
25.病灶识别子模块，所述病灶识别子模块根据所述第一超声影像判断所述第一超声影像中是否存在病灶；
26.病灶分割子模块，所述病灶分割子模块连接所述病灶识别子模块；
27.当所述第一超声影像中存在所述病灶时，所述病灶分割子模块自所述第一超声影像中分割出病灶影像并存储至所述信息管理单元。
28.优选地，所述超声扫查系统还包括一辅助诊断单元；
29.所述辅助诊断单元连接所述信息管理单元，所述辅助诊断单元自所述信息管理单元中获取所述病灶影像；
30.所述辅助诊断单元包括一识别子模块，所述识别子模块对所述病灶影像中的所述病灶进行识别以生成分类信息；
31.所述信息管理单元中的所述病历子模块接收并存储所述分类信息，所述分类信息用于辅助医生对所述患者进行诊断。
32.优选地，所述信息管理单元连接至多个医疗终端；
33.所述信息管理单元根据所述电子病历和预先录入的诊断流程选择对应的所述医疗终端，以向所述医疗终端分发包括所述电子病历、所述第一超声影像和所述病灶影像中的至少一个数据。
34.优选地，每个所述医疗终端具有一对应的医疗机构标识和科室标识；
35.所述信息管理单元包括一标注子模块，所述标注子模块获取所述医疗终端的所述医疗机构标识和所述科室标识，并根据所述医疗机构标识和所述科室标识选择对应的处理流程对所述第一超声影像进行处理；
36.所述信息管理单元将处理后的所述第一超声影像分发至所述医疗终端。
37.一种通信方法，适用于上述的超声扫查系统，所述超声扫查系统中的数据采集单元通过多个网关设备连接处理主机，则所述通信方法包括：
38.步骤s1：当所述数据采集单元获取到所述回波数据时，获取所述数据采集单元的网络标识；
39.步骤s2：根据所述网络标识和预先生成的网络拓扑图获取至少两个所述处理主机；
40.步骤s3：获取所述处理主机的剩余硬件资源，并根据所述剩余硬件资源对所述处理主机进行排序，以选择所述剩余硬件资源最多的所述处理主机；
41.步骤s4：将所述处理主机分配至所述数据采集单元，并根据所述网络拓扑图生成对应于所述处理主机与所述数据采集单元的通信回路；
42.所述通信回路为所述处理主机与所述数据采集单元之间通过的所述网关设备数量最少的通信回路。
43.优选地，所述步骤s4还包括：
44.步骤s41：将所述剩余硬件资源最多的所述处理主机分配至所述数据采集单元；
45.步骤s42：根据所述网络拓扑图获取所述处理主机与所述数据采集单元之间的通信回路上的每个所述网关设备；
46.步骤s43：获取所述网关设备的当前负载，并根据所述当前负载判断所述网关设备是否满足预设的通信条件；
47.若是，转向步骤s45；
48.若否，转向步骤s44；
49.步骤s44：选择所述网关设备相邻的另一个满足所述预设条件的网关设备，以作为所述通信回路中的所述网关设备；
50.步骤s45：根据所述网关设备生成所述通信回路。
51.上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过设置数据采集单元以实现超声影像数据在院内或区域网络的有效流转，避免了现有技术中超声影像流转不畅的问题。通过处理主机对超声影像进行高质量重建，能够在保障成像质量的前提下缩减扫查设备体积，以便于移动扫查设备。
附图说明
52.参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
53.图1为本发明一种实施例的原理示意图；
54.图2为本发明实施例中终端处理设备通信连接示意图；
55.图3为本发明实施例中各影像处理模块示意图；
56.图4为本发明实施例中通信方法流程图；
57.图5为本发明实施例中网络连接示意图；
58.图6为本发明实施例中步骤s4子步骤示意图。
具体实施方式
59.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，所描述的实施例仅仅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的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。
60.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
61.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
62.本发明包括：
63.一种分布式的超声扫查系统，如图1所示，包括：
64.至少一个超声扫查设备1，超声扫查设备1包括至少一个扫查探头，扫查探头用于对患者进行超声波扫查以获取回波数据；
65.数据采集单元2，数据采集单元2连接至至少一个超声扫查设备1，数据采集单元接收回波数据，并对回波数据进行压缩生成压缩数据；
66.处理主机3，处理主机3连接数据采集单元2，处理主机3获取压缩数据并根据压缩数据生成第一超声影像。
67.具体地，针对现有技术中超声扫查设备体积较大设置位置固定，不能很好地进行移动以适应如病房检查之类场景的问题，本实施例通过设置数据采集单元2获取回波数据，再由处理主机3进行图像重建，有效缩减了超声扫查设备1的体积以实现超声扫查设备1的可移动性。
68.在实施过程中，超声扫查设备1可以是一手持超声扫查设备，其具备有线或无线通信能力以通过以太网、光纤、wlan、蜂窝移动网络、射频通信等方式连接至数据采集单元2以向数据采集单元2发送回波数据。需要说明的是，该回波数据可以是通过扫查探头获取到的原始超声波回波序列，也可以是经过数据压缩后的回波数据。处理主机3可以是一个或多个通用计算机、专用集成电路(asic)、dsp、可编程逻辑器件(pld)、复杂可编程逻辑器件(cpld)、现场可编程门阵列(fpga)、通用处理器、控制器、微控制器(mcu)、微处理器(microprocessor)、或者其他电子元件实现上述的通信及数据处理功能。处理主机3接收到压缩数据后，可对压缩数据进行解压以获得上述回波数据，通过对回波数据进行重建以获得第一超声影像。该第一超声影像可以是单幅超声图像，也可以是一预设时间长度的连续超声影像。信息管理单元4可以作为一软件实施例，其是医院信息系统的一部分，通过院内或区域网络获取并存储第一超声影像，并根据相应的预设条件向医疗终端5分发数据。医疗终端5可以是设置在特定医疗机构及科室或家庭的电脑，其用于读取病人病历、开具处方等。
69.需要说明的是，附图1中的网关设备a1、医疗终端5等仅是对信息流转情况的简单示例，其并不构成对各类设备的数量及实际连接关系的限定。比如，医疗终端5可以经过多个网关设备a1连接至信息管理单元；多个网关设备a1实际上组成一局域网，上述数据采集单元2、处理主机3、信息管理单元4以及医疗终端5通过局域网内任意或特定的节点接入以获取相应数据；多个医疗终端5均可以通过网关设备a1访问信息管理单元4以获取第一超声影像；多个处理主机3以特定的顺序获取压缩数据以分别或共同生成第一超声影像；根据实
际的需要设置多个数据采集单元2其对应于多个超声扫查设备1，并通过同一或多个网关设备1接入局域网；抑或是距离较近的数据采集单元2、信息管理单元4不通过网关设备a1，而是直接连接处理主机3等。
70.作为可选的实施方式，当处理主机3完成图像重建，形成上述第一超声影像后，可通过网关设备a1将第一超声影像发送至信息处理单元4，随后由信息处理单元4对第一超声影像进行存储，以根据需要将第一超声影像流转至医疗终端5，便于医生在诊疗时查看。或者，处理主机3通过网关设备a1将第一超声影像传输至显示屏b1以在显示屏上b1显示。
71.在实施过程中，显示屏b1其可以是一移动终端中的显示屏，比如手机、平板电脑或笔记本，其与网关设备a1建立通信连接以接收自处理主机3发送的第一超声影像，或是其他具有网络连接功能的显示屏，如智能电视。或者，显示屏b1还可通过一具有网络连接功能的图像处理装置(图中未给出)连接至网关设备a1，通过该图像处理装置将以太网信号转换成视频信号进而显示该第一超声影像。
72.在一种较优的实施例中，如图1所示，超声扫查系统还包括一终端处理设备5；
73.终端处理设备5连接数据采集单元2或超声扫查设备1，以获取回波数据；
74.终端处理设备5根据回波数据生成并显示第二超声影像；
75.第二超声影像的成像质量低于第一超声影像。
76.具体地，针对于现有技术中超声扫查设备不能很好地适应移动扫查场景，本实施例中在超声扫查系统中添加了一终端处理设备5以实现对超声回波数据的图像重建，进而可以在不连接处理主机3的情况下，通过降低成像质量来获得快速的、概略的扫查图像。
77.在实施过程中，终端处理设备5可以是一具有基本图形处理能力的终端设备，比如手机、平板电脑、笔记本电脑或其他具有gpu的设备，其可以通过有线或无线方式比如同轴线、总线、以太网、光纤、wlan或其他射频通信方式连接至数据采集单元2或超声扫查设备1以接收回波数据。成像质量降低主要体现在第二超声影像的分辨率、灰度等级、帧率等参数中的至少一个劣于第一超声影像，进而降低了对终端处理设备5的图形处理能力的要求，以更好地适应移动扫查的需求。
78.作为可选的实施方式，终端处理设备5还可接收自数据采集单元2回传的，由处理主机3生成的第一超声影像，以便于就近获得高质量的扫查影像。
79.在一种较优的实施例中，如图2所示，终端处理设备5包括：
80.通信模块51，通信模块51连接超声扫查设备1或数据采集单元2，通信模块51接收回波数据；
81.回路检测模块52，回路检测模块52连接通信模块51；
82.当通信模块51自超声扫查设备1接收回波数据时，回路检测模块52检测通信模块51与超声扫查设备1的通信连接情况；
83.当通信连接情况达到一预设条件时，回路检测模块52控制通信模块51与数据采集单元2建立通信连接，以继续接收回波数据。
84.具体地，针对移动扫查场景中，特定位置的无线条件或传输距离不能很好地满足终端处理设备5与超声扫查设备1的连接需求的问题，本实施例在终端处理设备5中添加了回路检测模块52以实现对通信连接情况的检测，并根据通信连接情况实时调整连接以获得稳定的图像传输效果，或是便于远离超声扫查设备1的用户通过数据采集单元2进行中继通
信，以远程获取第二超声影像。
85.在实施过程中，通信连接情况包括接收信号强度、信号传输时延、丢包率中的至少一个，预设条件则是针对通信连接情况设置的一参数阈值，当对应的任一参数触发该参数阈值时，回路检测模块52即控制通信模块51与数据采集单元2建立通信连接。
86.作为可选的实施方式，当需要同时生成第一超声影像和第二超声影像时，超声扫查设备1与数据采集单元2、终端处理设备5分别进行一次握手以确定传输标识，随后在一特定频段进行广播通信以同时向数据采集单元2和终端处理设备5发送回波数据，进而降低了对超声扫查设备1的通信能力的需求。
87.在一种较优的实施例中，如图3所示，超声扫查系统还包括：
88.信息管理单元4，信息管理单元4连接处理主机3，信息管理单元4获取第一超声影像；
89.信息管理单元4包括一病历子模块41，病历子模块41在预先采集的对应于患者的电子病历中录入第一超声影像。
90.具体地，现有技术中，超声诊断后其结果通常仅包含影像科出具的影像截图以及诊断结论。其不能很好地满足数字化医疗中对于医疗数据在全院流转的需求，其他医疗机构及科室的医生或家庭用户无法根据超声影像作出进一步的诊断。针对这一技术问题，本实施例通过在信息管理单元4中添加病历子模块41以在患者的电子病历中记录高质量的第一超声影像，以便于用户根据实际需要对第一超声影像进行重放，进而作出更为准确的诊断。
91.在一种较优的实施例中，如图3所示，超声扫查系统还包括一影像识别单元；
92.影像识别单元6连接至信息管理单元4，影像识别单元6自信息管理单元4中获取第一超声影像；
93.影像识别单元6包括：
94.病灶识别子模块61，病灶识别子模块61根据第一超声影像判断第一超声影像中是否存在病灶；
95.病灶分割子模块62，病灶分割子模块62连接病灶识别子模块61；
96.当第一超声影像中存在病灶时，病灶分割子模块自第一超声影像中分割出病灶影像并存储至信息管理单元4。
97.具体地，针对现有的超声影像诊断主要依赖人工，较为费时的问题，本实施例通过设置影像识别单元6实现了对第一超声影像中的病灶部分的快速检出，并在检出病灶时分割出病灶影像以辅助医生快速做出诊断，也用于给家庭用户对个人健康状况提供预警。
98.在实施过程中，病灶识别子模块61具有一病灶识别模型，其选用多个由人工标注的病灶图像作为训练集，能够有效识别出目标病灶的大小及位置，进而生成病灶信息。病灶分割模块62可以是一语义分割模型，其通过获取到的病灶信息进一步地自第一超声影像中分离出病灶影像。
99.在一种较优的实施例中，如图3所示，超声扫查系统还包括一辅助诊断单元7；
100.辅助诊断单元7连接信息管理单元4，辅助诊断单元7自信息管理单元4中获取病灶影像；
101.辅助诊断单元7包括一识别子模块71，识别子模块71对病灶影像中的病灶进行识
别以生成分类信息；
102.信息管理单元4中的病历子模块41接收并存储分类信息，分类信息用于辅助医生对患者进行诊断，也用于给家庭用户对个人健康状况提供预警。
103.具体地，针对现有技术中对病灶的形态诊断主要依赖于人工，占用大量人力资源的问题，本实施例通过添加辅助诊断单元7以实现对病灶影像中的病灶形态的快速判断，进而帮助医生根据病灶形态确定实际的疾病进程，也帮助家庭用户对个人健康状况提供预警。
104.在实施过程中，识别子模块71中设置有一形态学人工智能模型，其可以根据病灶影像判断出病灶当前的形态，通过比较当前形态与预设的对应于疾病进程中的多个病灶形态生成对应于每个形态的置信度以作为分类信息，进而帮助用户判断当前病灶的形态。
105.在一种较优的实施例中，信息管理单元4连接至多个医疗终端5；
106.信息管理单元4根据电子病历和预先录入的诊断流程选择对应的医疗终端5，以向医疗终端5分发包括电子病历、第一超声影像和病灶影像中的至少一个数据。
107.具体地，针对现有技术中，超声影像流转较为不畅的问题，本实施例通过信息管理单元向对应的医疗终端5分发数据以实现整体病历数据及超声影像的快速流转，实现了对应于该患者的诊断流程中的每个用户可以及时获得相应的数据。
108.在一种较优的实施例中，每个医疗终端5具有一对应的医疗机构标识和科室标识；
109.信息管理单元4包括一标注子模块42，标注子模块42获取医疗终端5的医疗机构及科室标识，并根据医疗机构标识及科室标识选择对应的处理流程对第一超声影像进行处理；
110.信息管理单元将处理后的第一超声影像分发至医疗终端5。
111.具体地，为实现病历数据的高流通性和可阅读性，本实施例中通过在信息管理单元4中添加标注子模块42来实现对第一超声影像的标注处理，进而便于用户在获取到超声影像后可以更为清晰地读出相关信息。并且，在标注子模块42中预设有对应于不同医疗机构和科室的数据标注要求，通过获取医疗终端的医疗机构标识和科室标识并选择对应的处理流程进行处理，以生成更有效的标注信息。
112.一种通信方法，适用于上述的超声扫查系统，超声扫查系统中的数据采集单元通过多个网关设备连接处理主机，则如图4所示，通信方法包括：
113.步骤s1：当数据采集单元2获取到回波数据时，获取数据采集单元2的网络标识；
114.步骤s2：根据网络标识和预先生成的网络拓扑图获取至少两个处理主机3；
115.步骤s3：获取处理主机3的剩余硬件资源，并根据剩余硬件资源对处理主机3进行排序，以选择剩余硬件资源最多的处理主机3；
116.步骤s4：将处理主机3分配至数据采集单元2，并根据网络拓扑图生成对应于处理主机3与数据采集单元2的通信回路；
117.通信回路为处理主机与数据采集单元之间通过的网关设备数量最少的通信回路。
118.具体地，如图5所示，针对局域网的网络拓扑结构较为复杂，传输时延大的问题，本实施例提出一种处理方法，其通过检测网络拓扑结构中的网关设备a1、a2、a3、a4来判断出在数据采集单元2与处理主机3之间的最短传输路径，进而将该最短传输路径作为实际的通信回路，进而降低了传输路径带来的时延，同时减轻了局域网整体的负载。
119.同时，在网络标识中还记录有处理主机3和数据采集单元2的位置信息，根据二者的相对位置信息选择距离相对较近的处理主机3与数据采集单元2可以进一步降低传输导致的时延。
120.进一步地，针对数据采集单元2与处理主机3多对多通信的情况，本通信方法还包括负载均衡过程，具体为通过获取处理主机的剩余硬件资源，以根据剩余硬件资源的情况向数据采集单元2分配处理主机3，进而避免了部分处理主机3的负载过高不能应对突发的扫查需求的问题。
121.在一种较优的实施例中，如图6所示，步骤s4还包括：
122.步骤s41：将剩余硬件资源最多的处理主机3分配至数据采集单元2；
123.步骤s42：根据网络拓扑图获取处理主机3与数据采集单元2之间的通信回路上的每个网关设备；
124.步骤s43：获取网关设备a1、a2、a3、a4的当前负载，并根据当前负载判断网关设备a1、a2、a3、a4是否满足预设的通信条件；
125.若是，转向步骤s45；
126.若否，转向步骤s44；
127.步骤s44：选择网关设备a1、a2、a3、a4相邻的另一个满足预设条件的网关设备a1、a2、a3、a4，以作为通信回路中的网关设备a1、a2、a3、a4；
128.步骤s45：根据网关设备a1、a2、a3、a4生成通信回路。
129.具体地，针对局域网数据交换量较大的问题，本实施例相对于上一实施例中还增加了一针对于网关设备a1、a2、a3、a4的负载情况检测，通过负载情况检测以绕开负载较高的网关设备a1、a2、a3、a4，进而避免了数据传输量较大的压缩数据对网关设备上a1、a2、a3、a4其他通信业务的干扰。
130.在一种较优的实施例中，上述分布式超声扫查系统还包括
131.用户端，用户端设置在患者的一移动终端中；
132.用户端连接信息管理单元，用户端自信息管理单元获取电子病历、第一超声影像和病灶影像中的至少一个数据。
133.具体地，针对现有技术中的超声扫查设备不能很好地满足患者在家或社区中进行远程诊断的问题，本实施例中通过在患者的移动终端中设置用户端实现了对于患者的远程医疗。
134.在实施过程中，用户端作为一软件实施例设置在移动终端中。移动终端可以是患者的手机、平板电脑等具有通信功能的通用计算设备。其被配置成通过网络连接至院内系统，并获取患者的电子病历、第一超声影像和病灶影像，电子病历中包含患者于院内进行诊断的相关检查过程和诊断结论，为居家医疗提供了有效的依据。
135.在一种较优的实施例中，用户端还连接超声扫查设备；
136.用户端自超声扫查设备获取回波数据；
137.用户端根据回波数据生成第二超声影像。
138.具体地，针对现有技术中的超声扫查设备不能很好地满足患者在家或社区中进行超声扫查的问题，本实施例通过用户端实现了对超声扫查设备的回波数据进行快速重建，进而满足了基本的简单扫查需求。当患者在社区中需要质量更高的第一扫查影像时，可通
过信息管理单元远程获取处理主机生成的第一超声影像。
139.本发明的有益效果在于：通过设置数据采集单元以实现超声影像数据在网络的有效流转，避免了影像流转不畅的问题。通过处理主机对超声影像进行高质量重建，能够在保障成像质量的前提下缩减扫查设备体积，并通过一处理主机对多个扫查探头获得的数据进行影像重建，实现了影像的集中处理，降低了硬件成本。
140.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。