專利名稱：增強醫療超聲成像中針可視化的方法、裝置和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲成像技術，具體而言，涉及增強醫療超聲成像中不同掃描深度的針可視化的方法、裝置和系統。
背景技術：
在醫療設備超聲制導應用中，超聲圖像中的針可視化對于臨床醫師成功執行基于侵入式超聲圖像制導的手術而言至關重要。醫療超聲系統中的針可視化技術，例如B steer (偏轉B模式)、SteerXBeam (偏轉掃查模式)和Expanded SteerXBeam(擴展偏轉掃查模式)等,通常使用一個特殊的被稱為針幀的額外幀來對針進行可視化和增強，針幀具有固定的大偏轉角，并且采集針幀時施加 固定的超聲波工作頻率。對于針幀而言，如果針制導方向與偏轉角垂直，這能夠增強針可視化。反之，針會在超聲圖像中消失或減弱。例如，在Danhua Zhao等人于2001年5月15日提交的名為“Method and systemfor ultrasound imaging of a biopsy needle，，的美國專利申請 US6524247 中，公開了一種穿刺針的實時可視化增強方法，該方法采用固定的掃描角度(或者針幀偏轉角)來采集針幀。在郭建軍等人于2010年12月27日提交的名為“用于增加超聲成像中針可視化的方法與裝置”的申請號為201010624654. 3的中國專利申請中，公開了具有大的轉向角(例如45度)的針幀，并且教導通過將用例如25度和45度的多角度掃查采集的多個幀進行復合來得到針幀以獲得最佳效果。然而，由于不同患者體型差異較大，相同掃描部位或組織(例如心臟)在不同患者體內的深度并不相同，并且同一患者中不同掃描部位或組織在體內的深度也不相同。在上述現有技術中，在執行超聲掃描時，針對不同掃描深度始終采用固定的針幀偏轉角，沒有考慮到不同掃描部位或組織在患者體內的深度差異，使得在采用固定針幀偏轉角來掃描體型較大(例如肥胖)患者時，針基本上以垂直于皮膚的方式被插入患者體內，使得針與超聲波束基本平行，從而導致針在超聲圖像中消失或減弱。因此，現有技術中用固定的針幀偏轉角和超聲波工作頻率所采集的針幀不能滿足在不同深度的超聲制導要求。因此，提供避免前述問題和缺點的方法、裝置和系統是合乎需要的。
發明內容
本發明提供一種能夠通過對針幀應用深度相關的針幀偏轉角、超聲波工作頻率和邊緣增強濾波來增強不同深度掃描的針可視化的方法、裝置和系統。本發明采用的技術方案如下。根據本發明的第一方面，提供一種用于增強超聲成像中針可視化的方法，包括如下步驟設置步驟，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及確定步驟，用于基于掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據一個優選實施例，所述用于增強超聲成像中針可視化的方法還包括增強步驟，用于對采集的針幀執行邊緣增強濾波。根據另一個優選實施例，執行增強步驟所采用的濾波器模板與所確定的用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配。根據另一個優選實施例，在與用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配的濾波器模板中，沿針方向定義非零系數。根據另一個優選實施例，在執行確定步驟時，在預先存儲的列表中查找與掃描深度對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率，作為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，所述預先存儲的列表包括多個預定深度值以及分別與所 述多個預定深度值中每一個對應的多個預定針幀偏轉角和多個預定超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，在執行所述確定步驟時，將與多個預定深度值中和掃描深度相等或最接近的那個預定深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率確定為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，如果掃描深度越淺，則用于針幀采集的針幀偏轉角越小而用于針幀采集的超聲波工作頻率越高。根據另一個優選實施例，如果掃描深度越深，則用于針幀采集的針幀偏轉角越大而用于針幀采集的超聲波工作頻率越低。根據本發明的第二方面，提供一種用于增強超聲成像中針可視化的裝置，包括設置模塊，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及確定模塊，用于基于掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據一個優選實施例，所述用于增強超聲成像中針可視化的裝置還包括增強模塊，用于對采集的針幀執行邊緣增強濾波。根據另一個優選實施例，增強模塊采用的濾波器模板與所確定的用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配。根據另一個優選實施例，在與用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配的濾波器模板中，沿針方向定義非零系數。根據另一個優選實施例，所述確定模塊配置成在預先存儲的列表中查找與掃描深度對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率作為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，所述預先存儲的列表包括多個預定深度值以及分別與所述多個預定深度值中每一個對應的多個預定針幀偏轉角和多個預定超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，所述確定模塊還配置成將與多個預定深度值中和掃描深度相等或最接近的那個預定深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率確定為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。根據另一個優選實施例，如果掃描深度越淺，則用于針幀采集的針幀偏轉角越小而用于針幀采集的超聲波工作頻率越高。根據另一個優選實施例，如果掃描深度越深，則用于針幀采集的針幀偏轉角越大而用于針幀采集的超聲波工作頻率越低。根據另一個優選實施例，所述用于增強超聲成像中針可視化的裝置還包括存儲器或者與之通信，該存儲器用于存儲上述列表。根據本發明的第三方面，提供一種超聲成像系統，該系統包括根據本發明第二方面的用于增強超聲成像中針可視化的裝置。根據本發明實施例的方法、裝置和系統，用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率以及用于對 采集的針幀進行增強邊緣濾波的濾波器模板均與和患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度相關。在掃描深度隨患者體內目標部位或組織的深度發生改變而改變時，自動調整用于針幀采集的優選針幀偏轉角和優選超聲波工作頻率，并且對采集的針幀執行與掃描深度相關的邊緣增強濾波，因此能夠針對不同深度掃描實現針在超聲成像中的增強可視化，同時不需要用戶參與，從而有助于改進超聲成像中針制導過程的工作流程，節省等待時間。
下面將結合附圖并通過具體實施例對本發明進行詳細說明。附圖中相同或相似要素采用相同附圖標記來表示，其中圖I是根據本發明一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化的方法的流程圖；圖2是示出根據本發明一個實施例將圖I中方法用于淺深度應用情形的示意圖；圖3是示出根據本發明一個實施例將圖I中方法用于深深度應用情形的示意圖；圖4示出針幀偏轉角為30度時的邊緣增強濾波器模板配置；圖5示出針幀偏轉角為45度時的邊緣增強濾波器模板配置；圖6是示出根據本發明一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化的裝置的示意圖；以及圖7是示出根據本發明另一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化裝置的示意圖；圖8A示出在淺深度應用中未根據本發明技術得到的針幀；圖SB示出在淺深度應用中根據本發明技術得到的針幀；圖9A示出在深深度應用中未根據本發明技術得到的針幀；和圖9B示出在深深度應用中根據本發明技術得到的針幀。
具體實施例方式在許多醫療應用中，需要使用例如針的醫療器械的超聲制導，以便將各種侵入式醫療器械引導到患者體內的目標部位或組織。為了安全快速地將針引導到目標部位或組織，有必要增強針在超聲圖像中的可視化。針是一種高反射物體，在掃描角度垂直或者基本垂直于針的角度時，在超聲圖像中的針可視化是顯著的。在常規醫療成像技術中，使用針幀來增強針在超聲圖像中的可視化。在采集針幀時，通常使用固定的大偏轉角和固定的超聲波工作頻率，并且在對不同患者實施醫療器械超聲制導時，包括例如針幀偏轉角、超聲波工作頻率和濾波器設置的參數在患者體內目標部位或組織的深度發生改變時保持不變，從而影響針在超聲圖像中的增強可視化。因此，根據本發明提出的技術，將例如針幀偏轉角、超聲波工作頻率和/或濾波器設置的參數配置成與和目標部位或組織在患者體內的深度對應的掃描深度相關。換言之，根據本發明的實施例，在掃描深度隨患者體內目標部位或組織的深度發生改變而改變時，用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率發生相應改變。圖I示出根據本發明一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化的方法100的流程圖。如圖所示，在步驟102，設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度。例如，當臨床醫師估計患者體內目標部位或組織的深度為大約IOcm時，他或她可以通過交互界面設置大約15cm的掃描深度，使得目標部位或組織在采集的組織幀和針幀中大致處于中央位置。本領域技術人員將領會，以上數據僅用于說明目的，而絕不對本發明進行任何限制。在步驟104，根據步驟102中設置的與目標部位或組織在患者體內的深度對應的掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。例如，可在預先存儲的列表中查找與設置的掃描深度對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率，作為用于針幀采集的優選針幀偏轉角和超聲波工作頻率。這個預先存儲的列表可包括多個掃描深度 值，其中每個掃描深度值均對應于一個優選的預定針幀偏轉角和一個優選的預定超聲波工作頻率。表I示出了一個示范性列表。
掃描深度針幀偏轉角超聲波工作頻率 (單位cm)(單位度) (單位MHz)
LO15^01^0
200Γ ---
3 O
· Λ·/· ■ *· · ·
3ο αο
* * *畢··
6 4008 表I中以示范方式給出了掃描深度值、預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率之間的多個組合。本領域技術人員將領會，表中所列三個參數的各種組合僅用于說明，而絕不對本發明進行任何限制。例如，盡管表中掃描深度值以I. Ocm的步長遞增，但是，本領域技術人員將領會，該深度值可按任何適當的步長(例如,0. 5cm、0. Icm等)遞增。與某個特定深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率與超聲成像系統中有關部件(例如探頭)的屬性有關。可通過實驗和/或仿真來確定表I中每個深度值對應的優選針幀偏轉角和優選超聲波工作頻率。通常，掃描深度值越小,則對應的優選針幀偏轉角越小而對應的優選超聲波工作頻率越高；反之，掃描深度值越大，則對應的優選針幀偏轉角越大而對應的優選超聲波工作頻率越低。在步驟104中，如果在表中查找不到和在步驟102中設置的與目標部位或組織在患者體內的深度對應的掃描深度相等的深度值，則將表中與設置的掃描深度最接近的深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率確定為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。在可選的增強步驟106中，對采集的針幀執行邊緣增強濾波。在郭建軍等人于2010年12月27日提交的名為“用于增加超聲成像中針可視化的方法與裝置”的申請號為201010624654. 3的中國專利申請中，提出了一種采用邊緣增強濾波器對采集的針幀進行邊緣增強濾波的方法，通過引用將該專利申請的內容整體合并于此。圖4示出在用于針幀采集的針幀偏轉角為30度時的邊緣增強濾波器模板配置，而圖5示出在用于針幀采集的針幀偏轉角為45度時的邊緣增強濾波器模板配置。如圖所示，邊緣增強濾波器模板與用于針幀采集的針幀偏轉角匹配，即在邊緣增強濾波器模板中沿針方向定義非零系數，其中非零系數可例如為I但不限于I。如上所述，在對采集的針幀執行邊緣增強濾波時，根據步驟104中確定的用于針 幀采集的針幀偏轉角來配置邊緣增強濾波器模板，并且將所得邊緣增強濾波器模板與采集的針幀進行互相關(卷積)，從而使針幀中的針信號得到增強，同時抑制針幀中的其它組織信號和偽像。此外，由于用于針幀采集的針幀偏轉角與對應于患者體內目標部位或組織的深度的掃描深度相關，因此根據針幀偏轉角配置的邊緣增強濾波器模板也與掃描深度相關，從而能夠為圖4所示的更淺的針提供更低的檢測等級而為圖5所示的更深的針提供更聞的檢測等級。接下來，結合圖2-3對本發明的一些實施例進行進一步的說明。圖2示出根據本發明一個實施例的用于淺深度應用(例如，體型小或瘦弱的患者，或者患者體內距離皮膚近的目標部位或組織)的情形。在該示例中，患者體內目標部位或組織的深度大約為I. 0cm，相應地可將掃描深度設置為大約2. Ocm0在淺深度應用中，目標部位或組織和針通常位于超聲圖像的較淺區域中。因此，將用于針幀采集的針幀偏轉角配置成能夠增強針在超聲圖像中的可視化并且改進整體超聲圖像質量的小偏轉角。在這個示例中，用于針幀采集的針幀偏轉角設置為20. O度。同時，在這種淺深度應用中，使用較高超聲波工作頻率來增加超聲圖像的清晰度和針的外觀。在這個示例中，用于針幀采集的超聲波工作頻率設置為較高的13. OMHz0圖3示出根據本發明一個實施例的用于深深度應用(例如，體型大或肥胖的患者，或者患者體內距離皮膚遠的目標部位或組織)的情形。在該示例中，患者體內目標部位或組織的深度大約為2. Ocm,因此可將掃描深度設置為大約4. Ocm0在深深度應用中，臨床醫師感興趣的是位于超聲圖像的遠區域中的目標部位或組織以及針超聲圖像。在這種情況下，針以很陡的方式被制導并且具有大的角度，因此用于針幀采集的針幀偏轉角應配置為大偏轉角以便增強來自針的超聲信號反射。在這個示例中，用于針幀采集的針幀偏轉角設置為30. O度。由于超聲成像系統中探頭元件的接受角度限制，大的針幀偏轉角將給采集的針幀引入顯著的噪聲和偽影。因此，在深深度應用中施加較低的超聲波工作頻率，以擴大超聲區域方向性函數的主瓣，從而降低針幀中的噪聲和偽影。在這個示例中，用于針幀采集的超聲波工作頻率設置為較低的10.0MHz。此外，在深深度情形中應用較低的超聲波工作頻率，還能夠增加超聲波穿透患者體內組織抵達位于患者體內較深位置的目標部位或組織和針的能力，從而進一步增強針在超聲圖像中的可視化。圖6示出根據本發明一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化的裝置600的模塊化框圖。裝置600包括設置模塊602，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及確定模塊604，用于基于設置的掃描深度自動確定用于針幀采集的優選針幀偏轉角和超聲波工作頻率。如果設置的掃描深度越淺，則用于針幀采集的優選針幀偏轉角越小而用于針幀采集的優選超聲波工作頻率越高。如果設置的掃描深度越深，則用于針幀采集的優選針幀偏轉角越大而用于針幀采集的優選超聲波工作頻率越低。確定模塊604配置成在存儲器608所存儲的列表中查找與設置的掃描深度對應的·預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率作為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。具體而言，確定模塊604配置成將列表中與設置的掃描深度相等或最接近的那個深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率作為用于針幀采集的優選針幀偏轉角和·優選超聲波工作頻率。裝置600可選擇性地包括增強模塊606，用于對采集的針幀執行邊緣增強濾波，其中在與用于針幀采集的優選針幀偏轉角相匹配的濾波器模板中，沿針方向定義例如但不限于I的非零系數。裝置600還可包括存儲器608或者與之通信。存儲器608用于存儲根據設置的掃描深度確定用于針幀采集的優選針幀偏轉角和優選超聲波工作頻率所需的列表。這個列表包括多個預定深度值以及分別與多個預定深度值中每一個對應的多個預定針幀偏轉角和多個預定超聲波工作頻率。圖6所示裝置600中的一個或多個模塊能夠用軟件、硬件、固件或者其組合來實現。圖7示出根據本發明另一個實施例的用于增強超聲成像中針可視化裝置700的示意圖。如圖所示，該裝置700包括處理單元702，例如MCU、DSP或CPU等。處理單元702可以是單個或者多個單元，以執行圖I中所述方法的不同步驟。裝置700還包括存儲器704或者與之通信，存儲器704用于存儲上文所述的列表。可選地，裝置700可包括交互界面706，用于輸入設置的掃描深度以及采集的針圖像數據；以及輸出單元708，用于輸出經過處理的針圖像數據。按照上述實施例的用于增強超聲成像中針可視化的裝置600或裝置700，可以通過軟件、硬件、固件或者其組合實現在各種超聲成像系統中。這種實現對于本領域技術人員來說是容易做到的，為簡潔起見，本文不再對此進行詳述。圖8A示出在淺深度應用中未根據本發明技術得到的針增強圖像，圖SB示出在淺深度應用中根據本發明技術得到的針增強圖像。在該淺深度應用中，掃描深度設置為2cm。如圖所示，與未根據本發明技術得到的針增強圖像相比，根據本發明技術得到的針可視化得到顯著增強。圖9A示出在深深度應用中未根據本發明技術得到的針增強圖像，圖9B示出在深深度應用中根據本發明技術得到的針增強圖像。在該深深度應用中，掃描深度設置為6cm。如圖所示，與未根據本發明技術得到的針增強圖像相比，根據本發明技術得到的針可視化得到顯著增強。
以上通過具體的實施例對本發明進行了說明，但本發明并不限于這些具體的實施例。本領域技術人員將領會，還可以對本發明進行各種修改、等同替換、變化等。例如將上述實施例中的一個步驟或模塊分為兩個或更多個步驟或模塊來實現，或者相反，將上述實施例中的兩個或更多個步驟或模塊的功能放在一個步驟或模塊中來實現。但是，這些變換只要未背離本發明的精神，都應在本發明的保護范圍之內。另外，本申請說明書和權利要求
書所使用的一些術語并不是限制，而僅僅是為了便于描述。此外，以上多處所述的“一個實施例”、“另一個實施例”等表示不同的實施例，當然也可以將其全部或部分結合在一個實施例中。
權利要求
1.一種用于增強超聲成像中針可視化的方法，其特征在于，包括 設置步驟，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及 確定步驟，用于基于所述掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，還包括增強步驟，用于對采集的針幀執行邊緣增強濾波。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，執行增強步驟所采用的濾波器模板與所確定的用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在與用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配的濾波器模板中，沿針方向定義非零系數。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，在執行確定步驟時，在預先存儲的列表中查找與所述掃描深度對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率，作為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述預先存儲的列表包括多個預定深度值以及分別與所述多個預定深度值中每一個對應的多個預定針幀偏轉角和多個預定超聲波工作頻率。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，在執行所述確定步驟時，將與多個預定深度值中和所述掃描深度相等或最接近的那個預定深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率確定為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，如果所述掃描深度越淺，則用于針幀采集的針幀偏轉角越小而用于針幀采集的超聲波工作頻率越高。
9.如權利要求I所述的方法，其特征在于，如果所述掃描深度越深，則用于針幀采集的針幀偏轉角越大而用于針幀采集的超聲波工作頻率越低。
10.一種用于增強超聲成像中針可視化的裝置，其特征在于，包括 設置模塊，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及 確定模塊，用于基于所述掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括增強模塊，用于對采集的針幀執行邊緣增強濾波。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，增強模塊采用的濾波器模板與所確定的用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配。
13.如權利要求12所述的裝置，其特征在于，在與用于針幀采集的針幀偏轉角相匹配的濾波器模板中，沿針方向定義非零系數。
14.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述確定模塊配置成在預先存儲的列表中查找與所述掃描深度對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率作為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述預先存儲的列表包括多個預定深度值以及分別與所述多個預定深度值中每一個對應的多個預定針幀偏轉角和多個預定超聲波工作頻率。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述確定模塊還配置成將與多個預定深度值中和所述掃描深度相等或最接近的那個預定深度值對應的預定針幀偏轉角和預定超聲波工作頻率確定為用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。
17.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，如果所述掃描深度越淺，則用于針幀采集的針幀偏轉角越小而用于針幀采集的超聲波工作頻率越高。
18.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，如果所述掃描深度越深，則用于針幀采集的針幀偏轉角越大而用于針幀采集的超聲波工作頻率越低。
19.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括存儲器，用于存儲所述列表。
20.一種超聲成像系統，其特征在于，包括權利要求10-19中任一項所述的用于增強超聲成像中針可視化的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種用于增強超聲成像中針可視化的方法、裝置和系統。所述方法包括如下步驟設置步驟，用于設置與患者體內目標部位或組織的深度對應的掃描深度；以及確定步驟，用于基于掃描深度自動確定用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率。在根據本發明的實施例中，用于針幀采集的針幀偏轉角和超聲波工作頻率以及用于對采集的針幀進行增強邊緣濾波的濾波器模板均與掃描深度相關，因此，能夠針對不同深度掃描實現針在超聲成像中的增強可視化，同時不需要用戶參與也不要求額外的硬件改變。
文檔編號A61B8/00GK102949207SQ20111027088
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月25日 優先權日2011年8月25日
發明者林以猛, M·哈爾曼, 林峰, 郭建軍 申請人:通用電氣公司