一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，該方法是：搜索原始RF回波信號(hào)，找到一條參考RF回波信號(hào)，該信號(hào)所經(jīng)路徑不存在明顯的散射效應(yīng)，并確定匹配基準(zhǔn)信號(hào)；以選取的參考RF回波信號(hào)為準(zhǔn)，分析其位置上相鄰的RF回波信號(hào)是否也存在明顯的散射效應(yīng)；如不存在，則對(duì)參考RF回波信號(hào)及對(duì)應(yīng)的匹配基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行更新，直到在搜索到的RF信號(hào)中發(fā)現(xiàn)因散射效應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)度下降的匹配基準(zhǔn)信號(hào)，對(duì)該局部區(qū)域內(nèi)的RF信號(hào)進(jìn)行因子放大。最后將全部處理過(guò)后的原始RF回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，重建出組織的三維表面圖。本發(fā)明很好地解決了超聲探頭在掃描時(shí)因組織表面不規(guī)則平整導(dǎo)致的信號(hào)散射嚴(yán)重等問(wèn)題，使得重建出來(lái)的組織表面光滑均勻。
【專利說(shuō)明】一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)三維超聲重建研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，計(jì)算機(jī)斷層成像(CO、核磁共振成像(MRI)、超聲成像等影像技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于醫(yī)療診斷中。醫(yī)學(xué)超聲成像因其設(shè)備低廉、操作簡(jiǎn)單、成像清晰等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代醫(yī)療診斷中發(fā)揮的作用愈來(lái)愈明顯。而其中的三維超聲成像技術(shù)因其圖像顯示完整、直觀，給醫(yī)生提供的信息更加準(zhǔn)確詳實(shí)，因而受到更多人的關(guān)注。目前，醫(yī)學(xué)三維超聲成像中常用的掃描方法有:自由臂(Free-Hand)掃描、二維面陣探頭掃描、機(jī)械驅(qū)動(dòng)掃描三種方式。但不管哪種掃描方法，都是基于原始的超聲數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行三維重建。
[0003]例如，申請(qǐng)?zhí)枮?01210410472.5的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種基于機(jī)械掃描的A超彈性成像系統(tǒng)及其方法，該方法具有定位精度高、靈活性大、圖像分辨率高、實(shí)用性強(qiáng)和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]然而，目前的掃描系統(tǒng)在掃描某些具有不規(guī)則表面的組織(如牙齒、手指等)時(shí)，超聲信號(hào)仍然會(huì)因組織表面不平整而產(chǎn)生嚴(yán)重的散射，導(dǎo)致接收到的回波信號(hào)具有以下的特征:遇到組織表面反射之前的回波幅值較微弱或極其微弱，在組織表面處出現(xiàn)強(qiáng)度不同的回波信號(hào)，但這些回波信號(hào)在位置上具有相鄰或相近的特點(diǎn)，導(dǎo)致成像結(jié)果中出現(xiàn)明顯的偽影。因此，對(duì)組織表面進(jìn)行三維重建后，會(huì)出現(xiàn)組織表面不光滑均勻、表面斷裂、甚至無(wú)法成像等現(xiàn)象，嚴(yán)重降低成像質(zhì)量，影響醫(yī)療診斷的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，該方法能夠克服超聲探頭掃描不規(guī)則組織表面時(shí)，因信號(hào)散射帶來(lái)的RF回波幅值衰減嚴(yán)重等問(wèn)題，提高了組織表面的三維重建質(zhì)量，能夠?yàn)獒t(yī)生診斷提供更加精確的圖像信息。
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，包括以下步驟:對(duì)掃描得到的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，一旦其中一條RF回波信號(hào)的能量值大于預(yù)設(shè)值，則將該條信號(hào)標(biāo)記為參考RF回波信號(hào)，根據(jù)該參考RF回波信號(hào)上回波幅值選取若干個(gè)區(qū)域作為匹配基準(zhǔn)信號(hào)；再次對(duì)原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，利用匹配基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)搜索到的每條原始RF回波信號(hào)進(jìn)行匹配，找到與該匹配基準(zhǔn)信號(hào)最匹配的那段區(qū)域，將該區(qū)域內(nèi)的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行放大；最后將全部處理過(guò)后的原始RF回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，重建出所掃描組織的三維表面圖。
[0007]具體的，包括以下步驟:
[0008](I)對(duì)掃描得到的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，一旦其中一條RF回波信號(hào)的能量值大于預(yù)設(shè)值，則將該條信號(hào)標(biāo)記為參考RF回波信號(hào)，根據(jù)該條參考RF回波信號(hào)遇到組織表面反射回來(lái)的強(qiáng)回波，確定若干區(qū)域Sd (i)，d表示該區(qū)域窗口長(zhǎng)度，i表示第i個(gè)回波區(qū)域，將sd(i)記為匹配基準(zhǔn)信號(hào)；
[0009](2)以參考RF回波信號(hào)為參照，分析其位置上相鄰的原始RF回波信號(hào)，判斷這些信號(hào)中RF回波信號(hào)的能量值是否大于預(yù)設(shè)值，如果是，則將這些原始RF回波信號(hào)確定為參考信號(hào)，并以原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)為基準(zhǔn)，利用互相關(guān)方法在新標(biāo)定的參考信號(hào)中標(biāo)記搜索對(duì)應(yīng)區(qū)域，獲得新的基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)；
[0010](3)重復(fù)步驟(2)，直到在搜索到的原始RF回波信號(hào)中得到能量值小于預(yù)設(shè)值的信號(hào)，并確定其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)回波信號(hào)，根據(jù)搜索到的基準(zhǔn)回波信號(hào)幅度下降的程度，確定放大因子β，將該局部區(qū)域內(nèi)的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行因子放大；
[0011](4)重復(fù)步驟(2)、(3)，直到全部原始RF回波信號(hào)處理完畢；將全部處理過(guò)后的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，重建出組織的三維表面圖。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(1)中，參考RF回波信號(hào)確定的步驟是:統(tǒng)計(jì)采集到的原始RF回波信號(hào)的能量中值或均值Μ，搜索原始RF回波信號(hào)，當(dāng)搜索到的
[0013]RF回波信號(hào)能量大于M時(shí)，停止搜索，即找到一條參考RF回波信號(hào)，所述信號(hào)能量為各個(gè)信號(hào)點(diǎn)的幅值平方和。如果某條原始RF回波信號(hào)的能量值大于Μ，則認(rèn)為不存在明顯的散射效應(yīng)。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟(1)中，匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)的確定方法是:
[0015]從確定出來(lái)的 參考RF回波信號(hào)起始點(diǎn)開始搜索，當(dāng)檢測(cè)到回波幅值絕對(duì)值大于事先設(shè)定的閾值α?xí)r，停止搜索，將從該點(diǎn)開始的d個(gè)信號(hào)點(diǎn)記為匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)，i表示第i個(gè)強(qiáng)回波，d表示基準(zhǔn)信號(hào)長(zhǎng)度。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟(2)中，以原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)\(1)為基準(zhǔn)，利用互相關(guān)方法在新標(biāo)定的參考RF回波信號(hào)中標(biāo)記搜索對(duì)應(yīng)區(qū)域的具體步驟是:
[0017]從新標(biāo)定的參考RF回波信號(hào)起點(diǎn)開始，依次取一段長(zhǎng)度為d的信號(hào)X，與原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)StuQ)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算；求取互相關(guān)系數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，對(duì)掃描得到的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，一旦其中一條RF回波信號(hào)的能量值大于預(yù)設(shè)值，則將該條信號(hào)標(biāo)記為參考RF回波信號(hào)，根據(jù)該參考RF回波信號(hào)上回波幅值選取若干個(gè)區(qū)域作為匹配基準(zhǔn)信號(hào)；再次對(duì)原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，利用匹配基準(zhǔn)信號(hào)對(duì)搜索到的每條原始RF回波信號(hào)進(jìn)行匹配，找到與該匹配基準(zhǔn)信號(hào)最匹配的那段區(qū)域，將該區(qū)域內(nèi)的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行放大；最后將全部處理過(guò)后的原始RF回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，重建出所掃描組織的三維表面圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)對(duì)掃描得到的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行搜索，一旦其中一條RF回波信號(hào)的能量值大于預(yù)設(shè)值，則將該條信號(hào)標(biāo)記為參考RF回波信號(hào)，根據(jù)該條參考RF回波信號(hào)遇到組織表面反射回來(lái)的強(qiáng)回波，確定若干區(qū)域3(1(1)，d表示該區(qū)域窗口長(zhǎng)度，i表示第i個(gè)回波區(qū)域，將Sd (i)記為匹配基準(zhǔn)信號(hào)； (2)以參考RF回波信號(hào)為參照，分析其位置上相鄰的原始RF回波信號(hào)，判斷這些信號(hào)中RF回波信號(hào)的能量值是否大于預(yù)設(shè)值，如果是，則將這些原始RF回波信號(hào)確定為參考信號(hào)，并以原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)為基準(zhǔn)，利用互相關(guān)方法在新標(biāo)定的參考信號(hào)中標(biāo)記搜索對(duì)應(yīng)區(qū)域，獲得新的基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)； (3)重復(fù)步驟(2)，直到在搜索到的原始RF回波信號(hào)中得到能量值小于預(yù)設(shè)值的信號(hào)，并確定其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)回波信號(hào)，根據(jù)搜索到的基準(zhǔn)回波信號(hào)幅度下降的程度，確定放大因子β，將該局部區(qū)域內(nèi)的原始RF回波信號(hào)進(jìn)行因子放大； (4)重復(fù)步驟(2)、(3)，直到全部原始RF回波信號(hào)處理完畢；將全部處理過(guò)后的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像，重建出組織的三維表面圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，參考RF回 波信號(hào)確定的步驟是:統(tǒng)計(jì)采集到的原始RF回波信號(hào)的能量中值或均值Μ，搜索原始RF回波信號(hào)，當(dāng)搜索到的RF回波信號(hào)能量大于M時(shí)，停止搜索，即找到一條參考RF回波信號(hào)，所述信號(hào)能量為各個(gè)信號(hào)點(diǎn)的幅值平方和。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中，匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)的確定方法是: 從確定出來(lái)的參考RF回波信號(hào)起始點(diǎn)開始搜索，當(dāng)檢測(cè)到回波幅值絕對(duì)值大于事先設(shè)定的閾值α?xí)r，停止搜索，將從該點(diǎn)開始的d個(gè)信號(hào)點(diǎn)記為匹配基準(zhǔn)信號(hào)Sd(i)，i表示第i個(gè)強(qiáng)回波，d表示基準(zhǔn)信號(hào)長(zhǎng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，以原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)&(1)為基準(zhǔn)，利用互相關(guān)方法在新標(biāo)定的參考RF回波信號(hào)中標(biāo)記搜索對(duì)應(yīng)區(qū)域的具體步驟是: 從新標(biāo)定的參考RF回波信號(hào)起點(diǎn)開始，依次取一段長(zhǎng)度為d的信號(hào)X，與原有的匹配基準(zhǔn)信號(hào)StuQ)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算；求取互相關(guān)系數(shù):
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，放大因子β設(shè)定為:
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，放大因子β設(shè)定為:
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，在將全部處理過(guò)后的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換成灰度圖像前，先對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行Hilbert變換，將其對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)信號(hào)的模值作為圖像的灰度值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于不規(guī)則組織表面醫(yī)學(xué)三維超聲重建的方法，其特征在于，所述原始RF回波信號(hào)通過(guò)以下兩種方式得到:一種是利用機(jī)械驅(qū)動(dòng)的A超探頭對(duì)被掃描組織的表面進(jìn)行多點(diǎn)連續(xù)掃描，并將連續(xù)采集到的原始RF回波信號(hào)保存至數(shù)據(jù)集中；另一種是通過(guò)B超探頭直接獲得原始RF回波信號(hào)。
【文檔編號(hào)】A61B8/00GK103750862SQ201410028550
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】黃慶華, 葉鵬飛 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)