一种超声图像冻结防抖方法及装置

1.本发明涉及医学超声成像领域，特别是涉及一种超声图像冻结防抖方法及装置。


背景技术：

2.医学超声成像是一种实时成像技术，在临床检查过程中，当医生发现病灶图像后进行冻结并存储是一种常规操作。操作过程需要两只手相互配合，往往是右手握持探头进行扫查，当发现感兴趣切面图像时，保持右手不动，然后左手按冻结键冻结图像，或者在探头上设置了冻结按键，单手握持探头进行图像扫查并进行冻结操作。在冻结图像过程中，握持探头的手经常会发生抖动，造成冻结在屏幕上的图像不是医生想要的切面图像，或者是由于握持探头的手发生了抖动，冻结在屏幕上的图像变得模糊。于是医生往往在冻结图像之后，还要拨动轨迹球从暂存在内存中的图像序列中手动挑选满意的图像，然后确认并存储下来，整个操作过程非常的繁琐，严重影响医生的检查工作效率。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种超声图像冻结防抖方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，在医生按下冻结按键后，能够自动锁定医生满意的图像并显示在屏幕上，省去医生从图像序列中手动挑选图像的过程，有效提升医生的检查效率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种超声图像冻结防抖方法，包括以下步骤：
6.检测运动，进行图像采集的同时对超声波探头的运动信息进行检测；
7.存储图像，对采集的图像以及所述超声波探头的运动信息进行同步存储，多帧图像存储形成一个图像序列；
8.挑选图像，从所述图像序列中挑选一帧图像作为最终的冻结图像并显示在屏幕上。
9.进一步地，所述图像采集的具体方法为：
10.对人体发射超声波，接收所述人体反射的超声波，并进行滤波及解调，获得回波信号，对所述回波信号进行处理，获得图像。
11.进一步地，所述对超声波探头的运动信息进行检测的具体方法为：
12.感知运动信息，感知超声波探头在长轴、短轴和中心线三个轴向的运动信息；
13.判定运动行为，将运动信息与预定的阈值进行比较，对所述超声波探头的运动行为进行判定，若大于阈值则判定为发生运动，否则判定为未发生运动。
14.进一步地，所述挑选图像的具体方法为：
15.剔除抖动图像，从所述图像序列中提取一个图像子序列，剔除所述图像子序列中所述超声波探头发生抖动时采集到的图像帧，获得无抖动图像子序列；
16.评估图像清晰度，计算所述无抖动图像子序列中每帧图像的清晰度指标；
17.确定冻结图像，从所述无抖动图像子序列中选取所述清晰度指标最大的图像，作
为所述冻结图像。
18.进一步地，获得所述图像子序列的方法为：以最后一帧图像为起点，向前推移一段时间间隔内的若干帧图像组成所述图像子序列。
19.进一步地，所述评估图像清晰度的具体方法为：
20.将待评估图像与平滑算子进行卷积运算，得到平滑后的图像；
21.从待评估图像减去平滑后的图像，得到第一特征图；
22.对第一特征图进行中值滤波处理，得到第二特征图；
23.对第二特征图的像素求均值，将所述均值作为待评估图像的清晰度指标。
24.一种超声图像冻结防抖装置，包括：
25.超声波探头，用于采集图像和检测所述超声波探头的运动信息；
26.图像存储模块，用于对采集的图像和所述超声波探头的运动信息进行同步存储；
27.图像挑选模块，用于从存储的图像序列中挑选出一帧图像作为最终的冻结图像。
28.进一步地，所述超声波探头内部安装有探头运动检测模块，所述探头运动检测模块用于对所述超声波探头的运动信息进行检测。
29.进一步地，所述探头运动检测模块包括探头运动感知单元和探头运动判定单元；
30.所述探头运动感知单元采用三轴加速度计感知所述探头的长轴、短轴和中心线三个轴向的运动信息；
31.所述探头运动判定单元用于比较所述三个轴向的运动信息，判定所述探头是否运动。
32.本发明公开了以下技术效果：
33.在医生按下冻结按键后，能够自动锁定医生满意的图像并显示在屏幕上，省去医生从图像序列中手动挑选图像的过程，有效提升医生的检查效率。采用图像抖动剔除处理，剔除了因抖动而不清晰的图像，降低了选出模糊图像的几率，采用了图像清晰度评估，以清晰度指标作为量化图像质量的指标，经过计算挑选出最适合的图像，提高了选择图像的自动化程度和效率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例中的超声成像系统的原理性示意图；
36.图2为本发明实施例中的探头运动检测模块结构示意图；
37.图3为本发明实施例中的加速度计安装位置示意图；
38.图4为本发明实施例中的加速度计信号输出示意图；
39.图5为本发明实施例中的图像存储与提取示意图；
40.图6为本发明实施例中的图像清晰度计算流程图；
41.图1中的标号：110
‑
超声波探头，120
‑
发射模块，130
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接收模块，140
‑
图像处理模块，150
‑
显示模块，200
‑
图像冻结防抖装置，210
‑
探头运动检测模块，220
‑
图像存储模块，
230
‑
图像挑选模块；
42.图2中的标号：211
‑
探头运动感知单元，212
‑
探头运动判定单元。
具体实施方式
43.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
44.本发明中所述的术语应理解为仅仅是为了描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。
45.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
46.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做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。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.本发明提供了一种超声图像冻结防抖方法，包括：
49.探头运动检测步骤，用于图像采集的同时对探头的运动信息进行检测；
50.实时图像存储步骤，用于对采集的图像以及超声波探头的运动信息进行同步存储，多帧图像存储形成一个图像序列；
51.冻结图像挑选步骤，用于从冻结后存储在内存中的图像序列中挑选一帧图像作为最终的冻结图像并显示在屏幕上。
52.探头运动检测步骤包括：
53.探头运动感知步骤，采用运动传感器感知探头长轴、短轴和中心线三个轴向的运动信息；
54.探头运动判定步骤，将当前探头三个轴向的运动信息与医生事先设定的阈值相比较，判定探头是否发生了运动，若大于阈值则判定为发生运动，否则判定为未发生运动。
55.冻结图像挑选步骤包括：
56.抖动图像剔除步骤，从内存中提取一个以最后一帧图像为起点向前推移一段时间间隔t内的图像子序列，从该提取的图像子序列中剔除探头存在抖动时采集到的图像帧，形成无抖动图像子序列，其中时间间隔t可以由医生设定；
57.图像清晰度评估步骤，对所述无抖动图像子序列中每帧图像的清晰度指标进行计算，作为后续图像挑选的依据；
58.冻结图像确定步骤，根据所述图像清晰度指标计算结果，从所述无抖动图像子序列中选取清晰度指标最大的图像作为最终的冻结图像，并显示在屏幕上。
59.图像清晰度评估步骤包括：
60.将待评估图像与平滑算子进行卷积运算，得到平滑后的图像；
61.从待评估图像减去平滑后的图像，得到第一特征图；
62.对第一特征图进行中值滤波处理，得到第二特征图；
63.对第二特征图的像素求均值，以该均值作为待评估图像的清晰度指标。
64.图1为本发明一种实施例的超声成像系统的原理性示意图。如图1所示，本发明提供的超声成像系统包括超声波探头110、发射模块120、接收模块130、图像处理模块140、显示模块150以及探头运动检测模块210、图像存储模块220、图像挑选模块230。
65.具体地，发射模块120通过超声波探头110发射超声波进入人体，经人体组织反射后，被接收模块130接收并进行滤波和解调处理，解调后的回波信号经过图像处理模块140进行扫描变换、空间复合和帧相关处理得到图像数据，图像数据经过图像存储模块220和图像挑选模块230处理后送到显示模块150进行显示。
66.作为本发明一种实施方式的超声图像冻结防抖装置200，由超声波探头110、图像存储模块220和图像挑选模块230构成，如图1所示。其中，探头运动检测模块210位于超声波探头110内部，该模块检测到的探头运动信息直接传送到图像存储模块220，作为图像的帧头，与图像处理模块140输出的图像同时存储下来，图像存储模块220和图像挑选模块230在超声系统的计算机平台上实现，图像存储模块220建立在计算机平台的内存中，图像挑选模块230在计算机平台的cpu内实现。
67.具体地，探头运动检测模块210由探头运动感知单元211和探头运动判定单元212构成，用于对探头的运动信息进行检测，如图2所示。
68.探头运动感知单元211，采用三轴加速度计实时感知探头的运动信息，加速度计置于探头内部，如图3所示，图中的黑点表示加速度计的几何中心点，加速度计的三个轴分别与探头的长轴方向x、短轴方向y和中心线方向z平行，可以记录三个轴向的运动信息。
69.探头运动判定单元212，比较当前探头内加速度计三个轴向的输出数据的绝对值与医生事先设定的阈值，若大于阈值，则判定探头发生了运动，否则判定探头未发生运动，并将判定结果作为当前图像的帧头信息，与当前图像同时存储下来。具体过程结合图4来说明。图4是加速度计信号输出的一个示意图，横向表示时间、纵向表示信号幅度，x、y、z三个轴向分别有信号输出，虚线表示预先设定的信号幅度阈值uth，当任意一个轴向信号幅度的绝对值超过阈值uth时，判定探头存在运动。加速度计信号读取、比较和判定逻辑采用单片机实现。
70.图像存储模块220是在计算机内存中开辟的一个固定的存储空间，实时图像在内存中顺序存储。由于存储空间是固定的，可存储的图像帧数是有限的，所以当存储空间用满时，用当前图像去覆盖存储器中的第一帧图像，确保存储空间中的图像序列是最新的。当医生按下冻结按键时，当前图像帧x
n
作为图像序列的最后一帧，之后停止图像扫查和存储。
71.当医生按下冻结按键后，图像挑选模块230从图像存储模块220中提取一个以最后一帧图像x
n
为起点向前推移一段时间间隔t内的图像子序列，如图5所示，从该提取的图像子序列中剔除探头存在抖动时采集到的图像帧，形成无抖动图像子序列。其中时间间隔t是医生可设定的，医生在观察到含有病灶的图像时，至少要停留1秒左右的时间进行观察，然后再进行冻结和存储操作，也就是说在按下冻结键之前1秒左右的时间内，探头的方位基本是稳定的，只是在冻结过程中，由于双手配合的原因，很可能会造成握持探头的手发生了抖动，继而造成探头的方位在短时间内发生了改变，所以t可以设定为1秒左右。然后对无抖动图像子序列中每帧图像的清晰度指标进行计算，并从无抖动图像子序列中选取清晰度指标
最大的图像作为最终的冻结图像，并显示在屏幕上。
72.图像的清晰度指标根据如图6所示的流程来计算。采用一个平滑算子，与待评估图像进行卷积运算，得到平滑后的图像，然后从待评估图像减去平滑后的图像，得到第一特征图。第一特征图主要体现图像的高频信息，其中也会含有很多杂散的高频噪声，采用中值滤波的方法来剔除这些高频噪声，得到第二特征图。然后对第二特征图的像素求均值，将该均值作为图像的清晰度指标。
73.关于平滑算子的计算，此处给出一个实施例。取一个1*3的窗函数g＝[0.250.50.25]，构造3*3的二维窗口g＝g
t
*g，其中t表示转置运算，g即为一个3*3的平滑算子。算子g的平滑效果可以通过调整窗函数g的系数来实现。
[0074]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0075]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。