專利名稱：用于檢測(cè)和跟蹤針的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲成像領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于檢測(cè)和跟蹤針的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)通過非侵入方式發(fā)現(xiàn)異常組織區(qū)域、例如腫瘤時(shí)，通常需要進(jìn)行組織診斷來確定合適的治療方式。這需要從患者身上移除足夠的組織樣本來進(jìn)行病理分析?？赏ㄟ^各種方式，例如外科切除、細(xì)針穿刺活檢來獲得組織。除了活組織檢測(cè)之外，可使用針來注射藥齊U，以便進(jìn)行局部麻醉和相關(guān)治療。借助超聲成像可將針定位在人體內(nèi)的期望位置。例如，為了對(duì)組織樣本進(jìn)行活組 織檢查，必須精確定位活檢針以便針的尖端穿過要采樣的組織。通過使用超聲成像系統(tǒng)跟蹤活檢針，可將針引導(dǎo)到目標(biāo)組織并插入所需深度。但在超聲引導(dǎo)的活組織檢查中的一個(gè)主要問題是在許多情況下難以檢測(cè)到針。這是因?yàn)獒樅苄∏蚁鄬?duì)于超聲波方向是傾斜的，所以超聲波反射到不同的方向并且不能由超聲探頭接收。同時(shí)，在傳統(tǒng)的2D成像模式中，針很容易離開成像平面并因此不能由超聲波陣面捕獲。已提出若干方法和裝置來提高針的可見性。在歐洲專利EP0952462中，空間組合成像有助于提高針的可見性，這是因?yàn)樵诓煌嵌仁占瘓D像并且一些角度更接近垂直于針從而可從針得到更強(qiáng)的信號(hào)。在歐洲專利EP1132049中，將針尖故意弄粗，以便它以更寬的角度反射超聲。在歐洲專利EP0453251中，將針附到振動(dòng)器上并且使用多普勒方法檢測(cè)針振動(dòng)，從而定位針。但是，上述專利中也存在一些缺陷，其中所用到的一些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)昂貴，而另一些裝置和方法在使用時(shí)難以操作。而且，上述專利的關(guān)注點(diǎn)都在于針本身，當(dāng)針稍微離開成像平面時(shí)，便無法檢測(cè)到針。因此，需要一種容易使用，并且在針稍微離開成像平面時(shí),也能夠檢測(cè)到針的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)針的方法，包括如下步驟使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織；采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀；確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息；后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置，以及輸出針位置的信息。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)周圍組織的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，通過手來實(shí)現(xiàn)針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，通過振動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀的步驟包括在使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間執(zhí)行B型掃描并采集脈沖回波數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息包括周圍組織的位移和應(yīng)變。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括根據(jù)周圍組織的位移或應(yīng)變粗估針的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在根據(jù)周圍組織的位移或應(yīng)變粗估針的位置的步驟中，將周圍組織的位移的最大值處或周圍組織的應(yīng)變的正負(fù)值之間的位置確定為針的位置。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟中，使用多普勒方法確定周圍組織的位移或應(yīng)變。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟中，在若干超聲幀之間進(jìn)行斑點(diǎn)追蹤以確定周圍組織的位移或應(yīng)變。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，使用下列算法之一來執(zhí)行斑點(diǎn)追蹤1D或2D互相關(guān)及求導(dǎo)、基于相位的迭代方法或光流。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，斑點(diǎn)追蹤的輸入是檢測(cè)的振幅數(shù)據(jù)、波束形成的RF數(shù)據(jù)或解調(diào)的RF數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括為幀中的每一波束將位移的絕對(duì)值最大處的位置識(shí)別為峰的位置；濾除波束中的噪音波束和異常波束；對(duì)峰值進(jìn)行線擬合；對(duì)峰值取閾值以實(shí)現(xiàn)位移的歸一化；對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理；以及對(duì)多個(gè)幀的位移值求平均值。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟還包括在對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理后，對(duì)圖像執(zhí)行上采樣。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，輸出針位置的信息的步驟包括在輸出顯示圖像上將針顯示為有顏色的半透明線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，輸出針位置的信息的步驟包括通過線的不同顏色或形狀、顯示器上的符號(hào)或文本以及來自掃描儀的語言警告來表示檢測(cè)過程的狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)過程的狀態(tài)包括未進(jìn)行有效的檢測(cè)；剛完成有效的檢測(cè)；已經(jīng)完成有效的檢測(cè)，目前在跟蹤模式或失去關(guān)聯(lián)，針位置丟失。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種用于跟蹤針的方法，包括如下步驟使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織；采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀；確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息；后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置；存儲(chǔ)針位置的信息作為參考；使用斑點(diǎn)追蹤判斷當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)是否與參考值關(guān)聯(lián)；如果當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)不與參考值關(guān)聯(lián)，則判斷針位置丟失；如果當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)與參考值關(guān)聯(lián)，則判斷針位置繼續(xù)有效。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，通過使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)周圍組織的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，通過手來實(shí)現(xiàn)針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息包括周圍組織的位移和應(yīng)變。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括為幀中的每一波束將位移的絕對(duì)值最大處的位置識(shí)別為峰的位置；濾除波束中的噪音波束和異常波束；對(duì)峰值進(jìn)行線擬合；對(duì)峰值取閾值以實(shí)現(xiàn)位移的歸一化；對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理；以及對(duì)多個(gè)幀的位移值求平均值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟還包括在對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理后，對(duì)圖像執(zhí)行上采樣。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，跟蹤針的方法還包括在判斷針位置丟失后，重新設(shè)置針的位置和/或要求用戶插入針重新開始針的檢測(cè)過程。本發(fā)明的方法易于實(shí)現(xiàn)，不需要額外裝置，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比更具成本效益。同時(shí)，由于本發(fā)明的方法研究針以及周圍組織的動(dòng)態(tài)性而非僅限于針本身，因此對(duì)針稍微離開成像平面的情況也非常敏感。因此，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)更高的精確度。


圖I是根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)針的方法的實(shí)施例中針和周圍組織的示意截面圖；
圖2是圖I所示實(shí)施例的用于檢測(cè)針的方法的流程示意圖；圖3A和3B分別是針周圍組織的位移和應(yīng)變示意圖；圖4是后處理過程的流程圖；圖5是位移與灰度級(jí)的映射關(guān)系圖；圖6示出具有方向性的平滑處理；圖7顯示的是針位于成像平面時(shí)得到的超聲圖像以及相應(yīng)的組織應(yīng)變圖；圖8顯示的是針稍微離開成像平面時(shí)得到的超聲圖像以及相應(yīng)的組織應(yīng)變圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明用于跟蹤針的方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖I是根據(jù)本發(fā)明用于檢測(cè)針的方法的實(shí)施例中針和周圍組織的示意截面圖。本發(fā)明中所說的周圍組織是指插入的針周圍的組織。本發(fā)明中所說的組織是指人體或動(dòng)物體組織，包括體內(nèi)的液體或氣體。如圖I所示，附圖標(biāo)記130代表的是已插入組織的針。針的插入方向相對(duì)超聲探頭100發(fā)出的超聲束110的方向傾斜。同時(shí)，由于用于活體組織檢查的針通常體積很小，直接檢測(cè)來自針本身的回波的方法難度很大，且可信度及準(zhǔn)確度很低。因此，本發(fā)明的方法研究針以及周圍組織120的動(dòng)態(tài)性而非僅限于針本身。圖I中的雙向箭頭代表針在其長軸方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的情況，并表示由于針的運(yùn)動(dòng)而引起的針周圍組織的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明中所說的針的長軸方向是指針主體所在的直線及其延長線的方向。針以及周圍組織的動(dòng)態(tài)性正是上面所述的本發(fā)明的研究對(duì)象。雖然圖I顯示的是針在長軸方向上的運(yùn)動(dòng)，但是這種運(yùn)動(dòng)不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解這僅僅為針運(yùn)動(dòng)的其中一種。例如，用于活體組織檢查的針還可能以插入點(diǎn)為圓心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；谖锢砟Σ猎?針周圍的組織會(huì)在針的帶動(dòng)下隨針運(yùn)動(dòng)。越靠近針的組織，其運(yùn)動(dòng)的幅度越大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以用手沿針的長軸方向使針往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使針周圍的組織隨針運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可使用振動(dòng)器使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使針周圍的組織隨針運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)置可采用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)，本文不詳細(xì)介紹。下面結(jié)合附圖2所示的本發(fā)明方法的流程圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明的檢測(cè)針的方法。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于檢測(cè)針的方法包括如下步驟使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織(步驟200);采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀(步驟210);確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息(步驟220);后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置(步驟230)，以及輸出針位置的信息(步驟240)。在步驟200，使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及其周圍組織。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，超聲成像可以是B型超聲顯像檢查(簡稱B超)。B型超聲顯像檢查是以不同輝度的二維切面黑白圖像來顯示組織器官及病變的位置、大小、形態(tài)和內(nèi)部回聲的特點(diǎn)，主要為臨床提供病變的形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的信息。然后，如上文上述，通過手或振動(dòng)器使針，例如沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并引起針周圍的組織也產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。在步驟210，在針周圍組織運(yùn)動(dòng)期間，采集若干超聲回波數(shù)據(jù)幀。
然后在步驟220，在采集的若干超聲回波數(shù)據(jù)幀之間進(jìn)行分析并確定針周圍組織 的位移或應(yīng)變。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用斑點(diǎn)追蹤法確定針周圍組織的位移或應(yīng)變。在數(shù)據(jù)幀之間進(jìn)行斑點(diǎn)追蹤以確定針周圍組織的位移或應(yīng)變。斑點(diǎn)追蹤廣泛用于超聲圖像分析應(yīng)用，例如彈性、圖像配準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)校正中。與通常用于流量測(cè)量的多普勒方法相t匕，斑點(diǎn)追蹤方法對(duì)于小的運(yùn)動(dòng)(精確到亞微米)更敏感，更適合慢的運(yùn)動(dòng)，并具有更好的分辨率，且其計(jì)算僅需要兩個(gè)數(shù)據(jù)集(包大小為2)。由于上述原因，本實(shí)施例優(yōu)選使用斑點(diǎn)追蹤顯像技術(shù)用于針檢測(cè)。斑點(diǎn)追蹤是在應(yīng)變及應(yīng)變率顯像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新技術(shù)。超聲圖像是由很多個(gè)小的像素構(gòu)成。這些像素即自然的聲學(xué)標(biāo)記，它們是均勻分布于活檢針周圍組織內(nèi)的穩(wěn)定的聲學(xué)斑點(diǎn)，與組織同步運(yùn)動(dòng)并且在相鄰幀其形態(tài)沒有發(fā)生很明顯的改變。斑點(diǎn)追蹤顯像可以在連續(xù)幀中追蹤每個(gè)斑點(diǎn)并計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡，從而定量顯示組織的位移及應(yīng)變。其中，應(yīng)變是組織在力的作用下發(fā)生的形狀改變，可由相應(yīng)局部周圍組織的位移數(shù)據(jù)導(dǎo)出。檢測(cè)的振幅數(shù)據(jù)、波束形成的RF數(shù)據(jù)或解調(diào)的RF數(shù)據(jù)均可用作斑點(diǎn)追蹤方法的輸入。但是，與振幅數(shù)據(jù)相比，RF數(shù)據(jù)在計(jì)算上更密集并且?guī)в邢辔恍畔⑺詴?huì)提供更精確的結(jié)果?？墒褂孟铝兴惴ㄖ粊韺?shí)現(xiàn)斑點(diǎn)追蹤1D或2D互相關(guān)及求導(dǎo)、基于相位的迭代方法或光流等等。通過斑點(diǎn)追蹤即可估計(jì)位移或應(yīng)變(其中，應(yīng)變可由位移導(dǎo)出)。如上所述，本發(fā)明優(yōu)選使用斑點(diǎn)追蹤法。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了解本實(shí)施例同樣可以使用多普勒方法來獲得針周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息，例如針周圍組織的位移或應(yīng)變。使用多普勒方法來檢測(cè)針的方法包括使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織；采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀；使用多普勒方法檢測(cè)幀之間的運(yùn)動(dòng)信息；后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置；以及輸出針位置的信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本發(fā)明之后，結(jié)合多普勒成像的現(xiàn)有技術(shù)，會(huì)清楚理解使用多普勒方法通過跟蹤針周圍組織的運(yùn)動(dòng)來檢測(cè)針，故在此不再詳述。通過對(duì)上述斑點(diǎn)追蹤或多普勒方法獲得的針周圍組織的位移或應(yīng)變進(jìn)行分析，可以粗估針的位置。下面結(jié)合圖3A和3B說明沿超聲束方向組織位移及組織應(yīng)變(軸向分量)的實(shí)例。
圖3A和3B分別是組織位移和組織應(yīng)變(縱軸)與軸向位置(橫軸)的關(guān)系圖。如上文所述，越靠近針的組織，其運(yùn)動(dòng)的幅度越大。軸向位置O是超聲束與針相交的位置。在越鄰近針處組織位移越大，且針兩側(cè)的應(yīng)變的符號(hào)相反。該屬性可用于估計(jì)針的位置。具體而言，可先獲得位移/應(yīng)變數(shù)據(jù)幀(作為軸向位置和超聲束的函數(shù)的2D數(shù)據(jù)幀)，再對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行分析算法。分析算法首先檢測(cè)，與背景相比沿線是否有正在進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，然后判斷該線的定位和定向是否與針相似。如果是的話，基于位移的最大值或正和負(fù)應(yīng)變之間的分界點(diǎn)來根據(jù)2D數(shù)據(jù)估計(jì)針位置。接下來，可對(duì)獲得的組織位移或組織應(yīng)變圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行如圖4所示的后處理，從而將針位置的原始估計(jì)進(jìn)一步平滑或適配成線或曲線，來進(jìn)一步精確確定針的位置。圖4示出后處理過程的流程圖。后處理的目的是從位移或應(yīng)變圖像數(shù)據(jù)獲得針位置的信息或圖像。圖4示出一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)，輸入數(shù)據(jù)是位移數(shù)據(jù)幀。在本實(shí)施例中，后處理 涉及如下操作峰檢測(cè)(，步驟410)、移除噪聲和異常(步驟420)、線擬合(步驟430)、位移 歸一化(步驟440)、線平滑(步驟450)、上采樣(步驟460)和一致性處理(persistence)(步驟470)。首先，在步驟410進(jìn)行峰檢測(cè)。對(duì)于幀中的每一波束，通過識(shí)別位移的絕對(duì)值的最大位置來識(shí)別峰的位置?？墒褂脙?nèi)插法或其它公知的方法得到子采樣分辨率。然后，在步驟420移除噪聲和異常。因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)波束都包含針信息，所以要設(shè)計(jì)智能算法來排除不可能包含針信息的波束以便不影響接下來的步驟430中的線擬合的精度。噪聲波束是這樣一種波束，它具有無明顯峰的位移曲線。例如，曲線上下具有多個(gè)峰，或者峰值沒有比沿曲線的平均位移高很多。異常波束是這樣一種波束，它的峰位置明顯不同于在它附近的具有有效針信息的波束的峰位置。異?？赡苁怯晌灰苹蜥槞z測(cè)的錯(cuò)誤計(jì)算引起的。在步驟420排除了上述噪聲波束和異常波束。所檢測(cè)的針峰應(yīng)在圖像中顯示為直線或具有微小曲率的線。I階線擬合或2階線擬合可用于將峰位置建模為線或曲線，可通過本領(lǐng)域公知的Hough變換或線性回歸實(shí)現(xiàn)線擬合，步驟430。線擬合步驟后，進(jìn)行步驟440的位移歸一化。初始的針圖像由步驟420處獲得的一組針峰形成，每一個(gè)峰的值代表一個(gè)位移值。先定義軟閾值。如圖5顯示，該軟閾值可定義為最大位移的某個(gè)比例值，例如最大位移的50%?；谠撻撝祵⒎逯抵匦掠成涞交叶燃?jí)范圍。灰度級(jí)范圍可以是例如從O到255。映射可以是如圖5所示的線性映射。在一個(gè)實(shí)例中，閾值處的位移值映射到灰度級(jí)0，最大位移“Max_Disp”映射到預(yù)定義的灰度級(jí)“Max_Gray”。Max_Gray確定顯示器上針的亮度，Max_Gray可被定義為例如具有最大灰度級(jí)為255的 180。接下來，在步驟450進(jìn)行線平滑。在上一個(gè)步驟中獲得的針圖像是一組離散的精細(xì)點(diǎn)。為了使其更像針，可進(jìn)行平滑處理以將點(diǎn)連接成線。平滑處理可以是簡單的二維低通濾波?；蛘邽榱耸贯槇D像更精致，沿針方向?yàn)V波更多的數(shù)據(jù)，而垂直于針的方向?yàn)V波更少的數(shù)據(jù)。在線擬合步驟期間能確定針方向。在圖6中進(jìn)一步說明了上述具有方向性的平滑處理，其中附圖標(biāo)記610表示要平滑的樣本，附圖標(biāo)記620表示平滑范圍中的樣本，附圖標(biāo)記630表示長軸平行于I階線的橢圓形平滑窗，附圖標(biāo)記640表示圖像樣本網(wǎng)格，附圖標(biāo)記650表示在要平滑的樣本處的I階針線擬合，附圖標(biāo)記660表示2階針線擬合，附圖標(biāo)記670表示軸向軸。鑒于相關(guān)處理與現(xiàn)有技術(shù)類似，在此不再詳述。濾波器的有效點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)是具有沿針方向的長軸的橢圓形。可選的，在步驟460進(jìn)行上采樣操作?？蓪⑨槇D像進(jìn)行向上采樣到較高的分辨率以便看起來更平滑?？墒褂霉木€性內(nèi)插或2階內(nèi)插完成上述上采樣。由于針的運(yùn)動(dòng)是動(dòng)態(tài)的，因此針的不同幀顯示的信息質(zhì)量可能不同。多幀平均法有助于使針看起來更一致?？赏ㄟ^簡單的FIR或IIR濾波器來實(shí)現(xiàn)多幀平均(步驟470)。為了提高性能，多幀平均可考慮每個(gè)幀的質(zhì)量。幀的質(zhì)量可通過線擬合誤差和/或位移的幅度來量化。量化的幀的質(zhì)量可作為一個(gè)權(quán)重來進(jìn)行加權(quán)幀平均。通過上面的后處理過程，獲得了針位置的圖像。圖7顯示的是針位于成像平面中時(shí)得到的真實(shí)的超聲圖像以及相應(yīng)的組織應(yīng)變圖。在生成的應(yīng)變圖像(右圖)中清楚示出清晰的線條圖形，并且估計(jì)針線(點(diǎn)虛線)在 正和負(fù)應(yīng)變之間。圖8顯示的是針稍微離開成像平面時(shí)得到的真實(shí)的超聲圖像以及相應(yīng)的組織應(yīng)變圖，其中因?yàn)獒樕晕㈦x開成像平面而在B型圖像(左圖)看不到針，但在生成的應(yīng)變圖像(右圖)中可清楚看到針(點(diǎn)虛線)。由于同時(shí)清楚形成了交叉線，使得能夠精確估計(jì)針位置。可見，本發(fā)明使用的方法可以精確計(jì)算出針的位置，即使針稍微離開了成像平面。斑點(diǎn)追蹤方法可與現(xiàn)有技術(shù)的振幅方法組合以便更可信的檢測(cè)針或進(jìn)一步細(xì)調(diào)針位置，尤其是在臨床應(yīng)用中要求在B型圖像中顯示針從而驗(yàn)證針的位置時(shí)。在掃描時(shí)可實(shí)時(shí)重復(fù)檢測(cè)過程。例如，每隔O. 5秒激活該檢測(cè)過程。如果識(shí)別出有效運(yùn)動(dòng)，則更新針位置。請(qǐng)?jiān)俅螀⒖几綀D2，在步驟240輸出后處理操作后的圖像。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可在顯示器上顯示圖像。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，可在打印機(jī)上打印圖像。針的檢測(cè)及跟蹤根據(jù)針的不同方向來工作。如果針位于成像平面，則組織運(yùn)動(dòng)顯示為直線的圖形。如果針與成像平面垂直，則組織運(yùn)動(dòng)顯示為點(diǎn)的圖形。如果是3D成像，針的方向就變得不那么重要了。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易擴(kuò)展上述方法以在3D空間中檢測(cè)針。針在圖像上顯示為有顏色的半透明線?；蛘撸绻信d趣的位置僅僅是針尖，可只顯示針尖。并排顯示模式也是一種可選的顯示圖像的模式，其中在一側(cè)顯示沒有針的圖像而在另一側(cè)顯示具有針線或針尖的圖像。還可用各種方式顯示檢測(cè)/跟蹤的狀態(tài)和質(zhì)量。這些狀態(tài)可包括I.未進(jìn)行有效的檢測(cè)；2.剛完成有效的檢測(cè)；3.已經(jīng)完成有效的檢測(cè)，目前在跟蹤模式；4.失去關(guān)聯(lián)，針位置丟失。上述各種方式可包括針線的不同顏色或不同的線形狀、顯示器上的符號(hào)或文本以及來自掃描儀的文字警告。檢測(cè)/跟蹤的質(zhì)量可以為帶有度量的顯示。在3D模式中，算法可選擇顯示標(biāo)準(zhǔn)的2D圖像(即針位于成像平面中)。在本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)施例中，可以設(shè)置一個(gè)穩(wěn)定器功能，其用于當(dāng)探針在周圍移動(dòng)時(shí)將針鎖定在圖像中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明涉及一種用于跟蹤針的方法。圖9是根據(jù)本發(fā)明用于跟蹤針的方法的實(shí)施例的流程圖。如圖9所描述，在使用本發(fā)明的方法確定針的位置后，還可以在針停止運(yùn)動(dòng)時(shí)通過估計(jì)針周圍組織的運(yùn)動(dòng)來間接跟蹤針，識(shí)別針的位置是否仍然有效。附圖9中的步驟900-930與附圖2的針的檢測(cè)方法中的相應(yīng)步驟類似，在此不再贅述。在步驟930獲得針位置的圖像數(shù)據(jù)后，可以存儲(chǔ)所獲得的圖像數(shù)據(jù)用作參考(步驟940)，并以此作為依據(jù)判斷針的位置。如上文描述，斑點(diǎn)追蹤顯像可以在連續(xù)幀中追蹤每個(gè)斑點(diǎn)并計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡，從而定量顯示組織的位移及應(yīng)變。如果在步驟960發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間變化斑點(diǎn)數(shù)據(jù)與先前存儲(chǔ)的參考值毫無關(guān)聯(lián)，則判斷針位置丟失。在判斷針位置丟失后，該算法可重新設(shè)置針的位置和/或要求用戶插入針重新開始針的檢測(cè)過程。相反，如果在步驟970發(fā)現(xiàn)當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)與參考值關(guān)聯(lián)，則判斷針位置繼續(xù)有效?？梢匀詣?dòng)的模式來檢測(cè)及跟蹤針。如果計(jì)算能力有限，可選的方法是使用戶通過按鍵來啟動(dòng)檢測(cè)。本發(fā)明提出的用于檢測(cè)和跟蹤針的方法容易使用，僅需要稍許的人力干預(yù)或者不需要人力干預(yù)(在采用振動(dòng)器時(shí))即可實(shí)現(xiàn)基本自動(dòng)化的活檢針檢測(cè)及跟蹤，并且因?yàn)殛P(guān) 注的是針周圍的組織而不是僅限于針本身，所以該方法對(duì)于針相對(duì)于成像平面的位置并不敏感，即使針稍微離開成像平面，該方法仍能可靠地檢測(cè)針位置。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)針的方法，包括如下步驟 使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織； 采集所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀； 確定所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息； 后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置，以及 輸出所述針位置的信息。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，通過使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過手來實(shí)現(xiàn)所述針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過振動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)所述針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述采集所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀的步驟包括在使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)期間執(zhí)行B型掃描并采集脈沖回波數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息包括所述周圍組織的位移和應(yīng)變。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述確定所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括根據(jù)所述周圍組織的位移或應(yīng)變粗估針的位置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述根據(jù)所述周圍組織的位移或應(yīng)變粗估針的位置的步驟中，將所述周圍組織的位移的最大值處或所述周圍組織的應(yīng)變的正負(fù)值之間的位置確定為針的位置。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述確定所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟中，使用多普勒方法確定所述周圍組織的位移或應(yīng)變。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述確定所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟中，在所述若干超聲幀之間進(jìn)行斑點(diǎn)追蹤以確定所述周圍組織的位移或應(yīng)變。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，使用下列算法之一來執(zhí)行所述斑點(diǎn)追蹤ID或2D互相關(guān)及求導(dǎo)、基于相位的迭代方法或光流。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述斑點(diǎn)追蹤的輸入是檢測(cè)的振幅數(shù)據(jù)、波束形成的RF數(shù)據(jù)或解調(diào)的RF數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括 為幀中的每一波束將位移的絕對(duì)值最大處的位置識(shí)別為峰的位置； 濾除波束中的噪音波束和異常波束； 對(duì)峰值進(jìn)行線擬合； 對(duì)峰值取閾值以實(shí)現(xiàn)位移的歸一化； 對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理；以及 對(duì)多個(gè)幀的位移值求平均值。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟還包括在所述對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理后，對(duì)圖像執(zhí)行上采樣。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述輸出所述針位置的信息的步驟包括在輸出顯示圖像上將針顯示為有顏色的半透明線。
16.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述輸出所述針位置的信息的步驟包括通過線的不同顏色或形狀、顯示器上的符號(hào)或文本以及來自掃描儀的語言警告來表示檢測(cè)過程的狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)過程的狀態(tài)包括未進(jìn)行有效的檢測(cè)；剛完成有效的檢測(cè)；已經(jīng)完成有效的檢測(cè)，目前在跟蹤模式或失去關(guān)聯(lián)，針位置丟失。
18.一種用于跟蹤針的方法，包括如下步驟 使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織； 采集所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀； 確定所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息； 后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置； 存儲(chǔ)所述針位置的信息作為參考值； 使用斑點(diǎn)追蹤判斷當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)是否與所述參考值關(guān)聯(lián)； 如果當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)不與所述參考值關(guān)聯(lián)，則判斷所述針位置丟失； 如果當(dāng)前斑點(diǎn)數(shù)據(jù)與所述參考值關(guān)聯(lián)，則判斷所述針位置繼續(xù)有效。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，通過使針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，通過手來實(shí)現(xiàn)所述針沿針的長軸方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息包括所述周圍組織的位移和應(yīng)變。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟包括 為幀中的每一波束將位移的絕對(duì)值最大處的位置識(shí)別為峰的位置； 濾除波束中的噪音波束和異常波束； 對(duì)峰值進(jìn)行線擬合； 對(duì)峰值取閾值以實(shí)現(xiàn)位移的歸一化； 對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理；以及 對(duì)多個(gè)幀的位移值求平均值。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述后處理所述周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息的步驟還包括在所述對(duì)歸一化的位移值執(zhí)行線平滑處理后，對(duì)圖像執(zhí)行上采樣。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在判斷所述針位置丟失后，重新設(shè)置所述針的位置和/或要求用戶插入針重新開始針的檢測(cè)過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)和跟蹤針的方法，包括如下步驟使超聲探頭的掃描面覆蓋已插入組織的針及周圍組織；采集周圍組織的運(yùn)動(dòng)的若干超聲幀；確定周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息；后處理周圍組織的運(yùn)動(dòng)信息以確定針位置，以及輸出針位置的信息。本發(fā)明的方法易于實(shí)現(xiàn)，不需要額外裝置，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比更具成本效益。同時(shí)，由于本發(fā)明的方法研究針以及周圍組織的動(dòng)態(tài)性而非僅限于針本身，因此對(duì)針稍微離開成像平面的情況也非常敏感。因此，本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)更高的精確度。
文檔編號(hào)A61B8/08GK102961166SQ20111028917
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者林峰, M·塞耶德-博洛福羅什, C·哈扎德 申請(qǐng)人:通用電氣公司