基于超声影像监控体位移动的方法及hifu治疗设备的制造方法_2

文档序号:9441526阅读:来源:国知局
基准角度位置采集病灶部位的B超图像作为基准B超图像;
[0036]b.B超图像预处理一一对基准B超图像进行灰度化、二值化处理;
[0037]c.提取病灶部位边缘曲线一一从处理后的B超图像中提取病灶部位的边缘曲线,用作基准边缘曲线;
[0038]d.计算边缘曲线上的空间点坐标作为基准坐标一一根据基准边缘曲线在图像的位置和运动机构的位置信息计算出边缘曲线上的空间点的坐标位置作为基准坐标;
[0039]e.转动B超探头到另一个角度一一将B超探头转动到另一个与基准角度不同的监控角度;
[0040]f.动态计算病灶部位边缘曲线的实时坐标一一用B超探头实时跟踪采集病灶部位的B超图像,进行灰度化、二值化处理,并提取实时边缘曲线计算实时边缘曲线上的空间点的坐标位置作为实时坐标;
[0041]g.将实时坐标与基准坐标比较--如果实时边缘曲线的实时坐标与基准边缘曲线的基准坐标相交则认为病灶部位没有移动,反之则认为病灶部位移动;
[0042]h.若比较结果是存在病灶部位移动,则计算偏差值,根据偏差值采用运动机构进行补偿。
[0043]通常采集基准B超图像的基准角度位于换能器运动的X轴或Y轴上,而监控角度则相对基准角度转动90度,位于换能器运动的Y轴或X轴上,以便于空间相对位置的计算,以及运动机构补偿值的计算。步骤f中动态计算实时边缘曲线和实时坐标的方法与计算基准边缘曲线和基准坐标的方法是相同的,都是先进行灰度化、二值化处理,然后提取边缘曲线,在计算边缘曲线上空间点的坐标。可以通过运动机构的位置(即换能器的位置)、超声焦点位置信息和提取的边缘曲线在图像的位置信息计算出病灶部位曲线在空间上的坐标位置,同时也便于运动机构补偿值的计算。当检测到病灶部位移动后,可以直接停止治疗进程,也可以计算偏差值,通过运动机构移动换能器根据偏差值进行补偿,使换能器与病灶部位之间的相对位置没有改变。
[0044]下面以治疗乳腺肿瘤的HIFU治疗设备为例说明监控体位移动的过程,开始治疗前,将机载B超探头的基准角度设于换能器运动的X轴上,由下往上采集乳房部位在X轴和Z轴上的B超图像,用作基准B超图像;经过图像采集卡,B超图像传送到操作台治疗屏上,对基准B超图像进行灰度化、二值化处理,从处理后的B超图像中提取乳房的边缘曲线,用作基准边缘曲线(也可以提取肿瘤的边缘曲线作为基准边缘曲线),如有必要还可由医师对提取的边缘曲线进行修正;根据提取的曲线在图像的位置、运动机构的位置和超声焦点位置信息计算出病灶部位曲线在空间上的坐标位置,以此作为基准坐标。
[0045]将B超探头转动90度到Y轴上,由下往上采集乳房部位在Y轴和Z轴上的B超图像,采用同样的方法实时的提取病人病灶部位的实时边缘曲线,采用上述的方法计算实时边缘曲线在空间上的实时坐标。在治疗过程中,运动机构带动换能器和B超探头一起运动,调整换能器的超声焦点位置对肿瘤组织各部分逐步进行治疗,B超探头也就采集到了不同位置的B超图像,在计算实时坐标时可通过运动机构当前运动位置与原位置之间的变化对坐标值进行校正。
[0046]将实时坐标与基准坐标进行对比,判断实时曲线的实时坐标位置与基准线所对应的空间点的坐标位置是否存在偏差;无则继续采集实时B超图像获取实时坐标,有则计算偏差的位置和大小并暂停治疗;根据偏差值,通过运动机构带动换能器调整位置对偏差值进行补偿,判定补偿完成之后,发出提示可继续治疗或者自动继续进行治疗步骤。判断实时曲线的实时坐标位置与基准坐标位置是否存在偏差的方法有:当实时坐标位置与基准坐标位置存在相交,即存在相同空间点坐标,则认为没有偏差,即体位没有变化,反之则认为存在偏差。当实时坐标与基准坐标存在相同的空间点坐标,或者或者实时坐标与基准坐标之间距离最近的空间点坐标之间的距离在一定的阈值范围者可以认为两个空间点坐标相交,病灶部位没有移动。
[0047]为了提高体位监测判定的准确性,还可以在步骤a中采集多个不同角度的B超图像作为基准B超图像,如O度、30度和60度的B超图像,将多个基准B超图像采用相同的方法进行灰度化、二值化、提取边缘曲线和计算空间坐标位置,共同作为基准坐标。在实施监测体位移动时,将机载B超探头转动到另一个不同的角度,如90度进行实时B超图像的采集用于计算实时坐标,将实时坐标分别与基准坐标对比和校验以提高监测判定的准确性。
[0048]另外,在步骤a-d中还可以采集多个互相平行的B超图像作为基准B超图像,如将机载B超探头的基准角度设于换能器运动的X轴上,在X轴上采集第一个B超图像后,可以通过运动机构延Y轴分别移动+Icm和-1cm采集第二个和第三个B超图像,基于这三个图像进行识别计算空间坐标位置,共同作为基准坐标。在实施监测体位移动时,将机载B超探头延Y轴移回原点在转动90度进行实时B超图像的采集。当然还可以采集更多角度的B超图像和更多互相平行的B超图像共同形成3维的基准坐标用于监测体位移动,当然这也会使监测判定的速度变慢。
[0049]本发明可以利用HIFU治疗设备机载的B超探头,它具有直接采集病灶部位的B超图像并将B超图像直接输给上位机的预置条件,因此采用机载的B超探头的结构,不仅大大简化了结构,而且还可大大降低制造成本。但是,由于机载的B超探头通常只有一个,如何用一个B超探头来实现精确跟踪病灶部位在空间的移动,是本发明的关键之一,而上述的监控过程a至监控过程g解决了这一关键问题。而且如何在摄像头距离跟踪目标(病灶部位)较近的情况下,只有10-15cm左右的情况下,实现病灶部位在Z轴上的微小移动;特别是在治疗过程中B超探头与换能器还在不断移动的情况下。具体说,通过机载的B超探头和图像采集卡,将多角度B超图像采集到上位机的操作台界面上,首先对采集到的B超图像进行灰度化处理,之后进行二值化处理,并采用边缘检测的方法自动找到病灶部位(体位或肿瘤)的边界,之后也可由临床医师对自动检测的病灶部位边界进行修正(如果边缘检测清晰,此步可略过),得到病灶部位的基准边缘曲线,以此作为基准线,然后由曲线的图像坐标、运动机构和焦点位置参数计算出边缘曲线的空间坐标,将B超探头旋转90度,在旋转后的界面实时跟踪病人病灶部位的实时边缘曲线,如果病人没有移动则实时边缘曲线与基准边缘曲线应该是相交的,根据其实时空间坐标点与基准线的基准空间坐标点的差值来判定病人是否移动,移动则根据移动前后空间点的差值采用运动机构进行补偿,以此来保证治疗的精度,避免因治疗过程中病人移动所造成的不良后果。
[0050]本发明的有益的特点之一是,采集B超图像的过程a、转动B超探头的过程c和实时跟踪采集病灶部位的B超图像的过程f所用的B超探头是同一个探头,由于是同一个探头,所以才有可能利用HIFU治疗设备机载的B超探头,无需增加额外的摄像头及相应的防水装置。当然,这是一种优选的方案,本发明不排除采用两个B超探头的方案,但必须要加装B超探头及相应的图像采集卡等成本的增加。
[0051]本发明的有益特点之二是,有效提高了对病人病灶部位的跟踪的实时性与精确性,通过采用图像处理中的灰度化、二值化和边缘检测来提取病灶部位的边缘信息,在目标与背景差距明显的B超图像当中,该方法准确性高,实时性好,能够满足目标动态跟踪系统的要求。
[0052]本发明的有益特点之三是,有效提高了体位移动补偿的实时性与精确性,通过监控过程a至监控过程h,建立了病灶部位移动检测与补偿机制,其首先确定病灶部位曲线的基准线,之后旋转B超探头90度,在新的截面上动态的计算病灶部位的边缘曲线,通过判断实时边缘曲线的空间坐标点与基准线的空间坐标点之差来判断病人是否移动并及时采取补偿,该机制充分利用了 B超图像所包含的信息,治疗头移动的信息,简单有效,在保证跟踪精度的同时,具有良好的实时性,并且该方法不需要添加额外的设备,节省了成本,避免了设备的重新设计。
[0053]本发明的有益特点之四是,有效确保了治疗的安全性,一旦病人移动,可以根据上述过程计算出偏差值,并采用运动机构对偏差值进行补偿,在补偿了偏差之后,可继续开始治疗,可有效保证病人治疗的精度,避免重复治疗和防止病人移动所造成的误治疗,提升治疗的稳定性和安全性。为了进一步提升实时、及时、精确监测和补偿控制的可靠性与安全性,本发明具体的可靠安全补偿的监控过程,可采用以下之一的优选实施方式。
[0054]第一种可靠安全补偿的方式是,其中的将实时生成的边缘曲线空间点坐标与基准线比较的监控过程h包括以下步骤:
[0055]hll.若比较结果是存在病灶部位移动,则转步骤hl2,否则转步骤f ;
[0056]hl2.控制换能器暂停超声输出;
[0057]hl3.计算病灶部位移动的偏差值,根据偏差值采用运动机构进行补偿;
[0058]hl4.发出提示可继续治疗或者控制换能器恢复超声输出自动继续进行治疗步骤。
[0059]显然,这种方式具有简单易行,具有很高的补偿控制效率,不足之处是,当检测精度很高时
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