[發明專利]自由式三維超聲成像方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 201410096449.2
• 申請日: 2014-03-14
• 公開（公告）號: CN103860197A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 溫鐵祥;秦文健;李凌;辜嘉;李志成
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;G06T17/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，特別是涉及一種自由式三維超聲成像方法、裝置和系統。

背景技術

二維超聲在臨床獲得了許多應用，但是也存在著很多局限性：人體器官原本是三維的，醫生在診斷、治療時只能在頭腦中用眾多二維超聲圖像重建出人體的三維結構，如此導致效率降低并容易造成誤診。三維超聲成像顯示直觀，在采集了人體器官的三維數據后，能直觀地顯示感興趣部位的三維立體結構，取代了以往憑醫生經驗重建三維圖像的過程。同時，醫生可通過人機交互技術實現任意切面的顯示，為醫生提供了從不同角度觀察臟器提供了可能。三維超聲成像可以向醫生提供感興趣器官（如肛腸、食道、腹部肝、腎等）在體內的空間位置及其三維形態，從而為進行人體腔內和體外的超聲診斷、介入性手術治療提供依據。這將有利于減少在治療中對正常組織的損傷。此外，三維超聲可以精確測量結構的參數，能更準確地反映人體器官和病變的形狀、體積、輪廓、器官間的鄰接等。

傳統的三維超聲系統主要可以分為四類：三維超聲專用容積探頭、基于機械臂的三維超聲系統、無定位器的三維超聲系統、自由式三維超聲系統。三維超聲專用容積探頭是將換能晶片和驅動裝置包容于探頭內，機械裝置驅動晶片做等距的扇掃或環形掃描；而后面三種方式都是利用傳統的二維超聲設備結合特定的空間定位信息來獲取一序列的二維超聲圖像，然后利用三維超聲重建方法生成三維超聲體數據。從三維超聲的臨床應用角度來看，自由式三維超聲更符合醫生操作習慣和手術室環境，是目前應用前景比較廣的一種方案。

傳統的自由式三維超聲系統主要由傳統的二維超聲系統、光學或電磁定位系統、圖像采集卡、安裝有重建軟件系統的圖形工作站構成。在超聲系統的手持探頭上固定一個空間定位傳感器，用于獲得2D超聲檢查探頭相對于定位系統本身坐標原點的精確空間位置（包括：位置信息、方位信息）。這些空間定位信息數據流將被定位系統的控制單元采集到，并傳輸到重建軟件系統。為了采集每一幀的超聲圖像，通常給圖形工作站安裝了一個視頻采集卡。

由于自由式三維超聲系統的臨床應用對實時性要求較高，當前絕大部分的三維超聲重建方法，例如：最鄰近體素法（Voxel?Nearest?Neighbor）、最鄰近像素法（Pixel?Nearest?Neighbor）、距離加權法（Distance?Weighted），都是基于簡單、速度相對較快的數據插值、擬合算法，特別難于調整插值鄰域大小這一參數。如果過大，則會造成重建圖像質量的下降（模糊效應），如果過小，則又可能會在重建的圖像中留下較大的空隙。

發明內容

基于此，有必要針對傳統的三維超聲系統重建圖像質量差的問題，提供一種能提高圖像重建質量的自由式三維超聲成像方法和裝置。

此外，還有必要提供一種能提高圖像重建質量的自由式三維超聲成像系統。

一種自由式三維超聲成像方法，包括以下步驟：

根據直接對超聲圖像采集得到的二維超聲圖像構建三維的體數據結構；

將二維超聲圖像中的各像素分配到所述構建的三維的體數據結構的體數據中，形成已知體素值區域和空體素值區域；

采用基于方向加權函數根據鄰近已知體素值區域對空體素值區域進行插值填補。

一種自由式三維超聲成像裝置，包括：

構建模塊，用于根據直接對超聲圖像采集得到的二維超聲圖像構建三維的體數據結構；

分配模塊，用于將二維超聲圖像中的各像素分配到所述構建的三維的體數據結構的體數據中，形成已知體素值區域和空體素值區域；

填補模塊，用于采用基于方向加權函數根據鄰近已知體素值區域對空體素值區域進行插值填補。

一種自由式三維超聲成像系統，包括二維超聲主機、二維超聲探頭、空間定位系統和圖形工作站；所述空間定位系統與圖形工作站相連，所述二維超聲探頭與二維超聲主機相連，所述二維超聲主機與圖形工作站相連；所述二維超聲探頭上安裝空間定位傳感器，所述空間定位傳感器用于獲取二維超聲探頭相對于所述空間定位系統自身坐標原點的空間位置，并將所述空間位置發送給所述空間定位系統；所述空間定位系統用于將所述空間位置發送給所述圖形工作站；所述二維超聲探頭用于采集二維超聲圖像，并將采集的二維超聲圖像直接發送給所述二維超聲主機；所述二維超聲主機將所述二維超聲圖像發送給所述圖形工作站；所述圖形工作站包括所述的自由式三維超聲成像裝置。

上述自由式三維超聲成像方法、裝置和系統，因直接對超聲圖像采集得到所需的二維超聲圖像，不需進行二次轉換，提高了圖像質量，通過基于方向加權函數進行插值填補，較好的保存了圖像的邊緣信息，進一步提高了圖像的質量。