[發明專利]一種人體組織非靜止狀態下三維超聲重建方法

有效

• 申請號: 202010773925.5
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111968222B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 黃慶華;高斌;李學龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/33;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明提供了一種人體組織非靜止狀態下三維超聲重建方法。首先，采集視頻數據并建立人體位移視頻數據庫，并利用數據庫中的圖像及其標注信息對三維卷積神經網絡進行訓練；然后，利用訓練好的網絡檢測得到超聲掃描中發生移動時刻的起始圖像幀序號，根據序號將二維超聲圖像序列分段；接著，采用貝塞爾插值算法對每段二維超聲圖像序列進行三維重建；最后，采用基于互信息的方法實現分段三維超聲圖像的配準，實現對被掃描組織的準確三維容積圖像重建。本發明解決了現有超聲自動掃描機器人在掃描人體過程中，當人體組織發生不自主移動時三維超聲重建技術的誤差較大問題，能夠得到高質量的超聲掃描圖像，實用性較強。

技術領域

本發明屬醫學圖像處理技術領域，具體涉及一種人體組織非靜止狀態下三維超聲重建方法。

背景技術

醫療超聲是四大醫學影像模態之一，據WTO統計，超過25％的醫學影像檢查采用了超聲，是應用最多的醫學影像模態。與其它醫學成像技術(如計算機斷層掃描技術CT、核磁共振成像技術MRI、核醫學成像技術PET)相比，超聲成像具有無電離輻射、對人體無損傷、無痛苦、實時性好、成本低的特點，超聲對軟組織的鑒別力較高，在對人體軟組織疾病進行診斷和對心血管臟器的血流動力學測量方面有其他方法不能相比的優勢。超聲成像已經在預防、診斷、治療、康復、監護和普查人體疾病中得到了廣泛應用，成為現代醫學中使用最為廣泛的診斷手段之一，并且隨著人們健康需求的提高，其應用深度和廣度都在不斷擴大。

超聲自動掃描機器人的工作過程通常包含以下步驟：確定掃描人體組織部位，以一定的掃描手法并通過機器人控制探頭接觸人體組織部位；在沿掃描路徑掃描過程中，通過對環境的觀察調整探頭姿態以及規劃掃描軌跡；最后可視化掃描結果。當完成掃描后，為直觀地顯示超聲掃描結果，需要對成像數據進行可視化。為直觀地顯示超聲掃描結果，需要對成像數據進行可視化。由于采集到的B超圖像都有相對應的位置信息，可以采用三維重建的方法獲得三維影像。關于三維超聲圖像重建技術，研究人員已經提出了大量可行的三維重建算法，這些算法大體可以分為三類：基于像素的三維重建算法(Pixel-Based Methods,PBM)、基于體素的三維重建算法(Voxel-Based Methods,VBM)和基于函數的三維重建算法(Function-Based Methods,FBM)。Welch等人完成的近實時三維重建系統，每次等待固定數目的原始二維圖像采集后，利用鄰域平均插值算法重建出部分的三維體并渲染顯示出來。A.L.Bogush在2004年提出了用三次樣條插值對不規則排列的二維超聲圖像進行插值的方法，實現了對目標對象的三維重建。

但是，已有的基于B超圖像實現三維重建的技術都有一個假設：掃描成像過程中被掃查部位保持靜止不動。事實上，這個假設在臨床上是難以成立的；在機器人掃描過程中，被掃描者無法保持真正的靜止狀態。人體組織會不自主的產生一定組織的移動，如呼吸、肢體的非自主移動、體內血流與組織形變等等。組織移動擬通過上述方法進行檢測。在人體組織發生偏移后，機器人的路徑會重新自主規劃，然而這將會導致路徑改變后新采集到的二維超聲圖像序列在空間位置上和之前的圖像序列存在偏差，即：由于人體部位的移動，人體組織內的特定解剖結構在世界坐標系中的定位也發生變化了，那么原始路徑與新路徑上采集到的B超圖像集(假定它們對應相同的解剖結構)在世界坐標系的位置也發生變化，這樣就無法通過機器人系統坐標讀數準確地實現對被掃描組織的總體三維數據重構。

發明內容

為了解決現有超聲自動掃描機器人在掃描人體過程中，當人體組織發生不自主移動時成像誤差增大的問題，本發明提供一種人體組織非靜止狀態下三維超聲重建方法。首先，采集視頻數據并建立人體位移視頻數據庫，并利用數據庫中的圖像及其標注信息對三維卷積神經網絡進行訓練；然后，利用訓練好的網絡檢測得到超聲掃描中發生移動時刻的起始圖像幀序號，根據序號將二維超聲圖像序列分段；接著，采用貝塞爾插值算法對每段二維超聲圖像序列進行三維重建；最后，采用基于互信息的方法實現分段三維超聲圖像的配準，實現對被掃描組織的準確三維容積圖像重建。

一種人體組織非靜止狀態下三維超聲重建方法，其特征在于步驟如下：