基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，包括如下步驟：(a)讀入超聲視頻圖像；(b)選定超聲視頻圖像中的跟蹤判別區(qū)域；(c)識別跟蹤判別區(qū)域中的強(qiáng)回聲圖像部分；(d)得出強(qiáng)回聲圖像的長度方向；(e)在超聲視頻圖像中繪制強(qiáng)回聲圖像的長度方向的延長線，并輸出視頻圖像；(f)重復(fù)步驟(c)至(e)，更新視頻圖像中的延長線位置。本發(fā)明專利技術(shù)的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法能有效追蹤穿刺針具的位置，根據(jù)穿刺針具的實際位置和狀態(tài)繪制預(yù)測線，使的預(yù)測線能及時、準(zhǔn)確地根據(jù)穿刺針具的位置調(diào)整而對應(yīng)改變，有助于提高穿刺手術(shù)的準(zhǔn)確度和靈活性。

Ultrasonic puncture guided line imaging method based on automatic identification of puncture tip

The invention discloses a guide line of ultrasonic imaging methods of puncture needle based on automatic identification, which comprises the following steps: (a) in ultrasound images; (b) the selected ultrasonic tracking in the video identification area; (c) recognition and tracking in the area of strong echo discrimination as part of the length direction (D); the strong echo image; (E) to extend the line length to draw strong echo in ultrasonic image in video image, and outputting the video image; (f) repeat steps (c) to (E), update the video image in the extended line of position. The invention of the ultrasonic puncture needle automatic recognition based on guide line imaging method can effectively track the location of the needle puncture, puncture needle line drawing according to the prediction of the actual position and status, make the prediction line timely and accurately according to the puncture needle position adjustment and corresponding change, help to improve the accuracy and flexible puncture surgery.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法
本專利技術(shù)涉及計算機(jī)視覺領(lǐng)域，具體涉及用于協(xié)助醫(yī)療手術(shù)的輔助圖像成像方法。
技術(shù)介紹
超聲是一種實時，簡便，準(zhǔn)確的影像學(xué)方法，不僅廣泛應(yīng)用于臨床疾病的診斷，還是引導(dǎo)病灶穿刺活檢和腫瘤消融治療的主要影像學(xué)手段。超聲引導(dǎo)活檢及消融治療過程中，主要利用超聲監(jiān)測并引導(dǎo)穿刺針具到達(dá)目標(biāo)位置。目前超聲引導(dǎo)穿刺的方式有3種，(1)基于穿刺導(dǎo)架的引導(dǎo)，如圖1所示，穿刺導(dǎo)架2上設(shè)有可引導(dǎo)穿刺針具3的針槽4，穿刺導(dǎo)架2設(shè)有夾具用于與超聲探頭1安裝固定，穿刺針具3的活動軌跡由于受針槽3的限制，因而針具3的活動軌跡在超聲成像畫面處是固定的；因此，根據(jù)針具與超聲探頭的位置關(guān)系，可直接在圖像上生成顯示出活動軌跡的引導(dǎo)線，如圖2箭頭所示，以把握針具的活動方向：將目標(biāo)病灶置于此穿刺線上，然后穿刺針具3通過穿刺引導(dǎo)架2的針槽4進(jìn)針，就可穿刺至目標(biāo)位置。這樣引導(dǎo)方式的主要缺點有兩個：a、針具的實際活動軌跡與導(dǎo)架的實際安裝位置有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)架的安裝與預(yù)設(shè)不一致時，該引導(dǎo)線則不能正確指示針具的活動方向；b、針具的活動受到針槽的限制，穿刺過程中病灶位置可能會有移位，原因包括病人體位變動、病人呼吸、穿刺本身導(dǎo)致的組織移位等，所以在穿刺過程中需要實時對穿刺針具的進(jìn)針方向進(jìn)行調(diào)整，針槽此時卻會明顯限制穿刺針具的方向調(diào)整，影響穿刺的準(zhǔn)確性。所以此方法多適用于初學(xué)者進(jìn)行一般難度的穿刺操作，而不適用于需要高精度的穿刺操作。(2)基于穿刺探頭引導(dǎo)，超聲探頭在設(shè)計制作時已制作出可引導(dǎo)穿刺針具的針槽，該針槽已與超聲探頭直接固定，因而穿刺針具的活動軌跡在成像畫面處是固定的，所以在成像時直接生成顯示該活動軌跡的引導(dǎo)線，通過引導(dǎo)線把握穿刺針具的活動方向，完成穿刺手術(shù)。這樣的方式解決穿刺導(dǎo)架與超聲探頭的安裝位置不準(zhǔn)確問題，但仍無法實習(xí)靈活調(diào)整針具方向、提高穿刺準(zhǔn)確性。(3)徒手穿刺，徒手穿刺不需要借助穿刺針槽固定穿刺針具，僅依靠手來固定，操作相對簡便。而且徒手穿刺時穿刺針具角度靈活，在目標(biāo)移位時方便進(jìn)行調(diào)整，所以穿刺精度高。但徒手穿刺時沒有穿刺線作為指示，完全需要操作者自身經(jīng)驗判斷沿目前方向進(jìn)針能否穿刺到目標(biāo)位置，在進(jìn)針過程中需不斷調(diào)整入針角度，從而達(dá)到精確穿刺的目的，所以徒手穿刺的不足之處即是經(jīng)驗依賴性大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)旨在提供一種可以滿足穿刺針具靈活調(diào)整，又準(zhǔn)確指示針具活動軌跡的輔助方法。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，包括如下步驟：(a)讀入超聲視頻圖像；(b)選定超聲視頻圖像中的跟蹤判別區(qū)域；(c)識別跟蹤判別區(qū)域中的強(qiáng)回聲圖像部分；(d)在超聲視頻圖像中繪制強(qiáng)回聲圖像的長度方向的延長線，并輸出視頻圖像；(e)重復(fù)步驟(c)至(d)，更新視頻圖像中的延長線位置；這樣的方式使穿刺針具能在超聲圖像被識別出，并根據(jù)穿刺針具的活動位置趨勢，繪制出運動預(yù)測線，令穿刺手術(shù)可以根據(jù)預(yù)測線的輔助，提高靈活度。進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述步驟(b)中，通過獲取圖像特征點算法識別強(qiáng)回聲圖像部分。再進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述步驟(b)中，通過FAST特征點檢測算法提取用戶選定區(qū)域的強(qiáng)回聲圖像部分。再進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述步驟(c)包括(c-1)使用光流法計算幀間運動；預(yù)測運動方向(c-2)根據(jù)視頻的運動趨勢，匹配上一幀中的目標(biāo)特征點。這樣的方式有效降低噪聲影響，使強(qiáng)回聲圖像的分析更準(zhǔn)確。所述步驟(c-1)選用光流技術(shù)計算幀間運動。相對其他運動預(yù)測技術(shù)，光流法無需背景穩(wěn)定的前提，可避免視頻中圖像抖動對預(yù)測線繪制造成的影響。通過光流場的分析，實現(xiàn)對運動方向的預(yù)測。再進(jìn)一步的技術(shù)方案為，所述步驟(c-1)包括：(c-11)計算光流場，并統(tǒng)計光流場中光流的方向與幅度；(c-12)使用isodata聚類方法，對光流進(jìn)行聚類；(c-13)若步驟(c-12)得到的聚類結(jié)果包含超過1個分類，則將包含光流數(shù)量最大的分類認(rèn)為是穿刺導(dǎo)致的光流，其余分類認(rèn)為是噪聲，從光流場中去除；(c-14)計算步驟(c-12)中得到的篩選后的光流場，計算光流方向與幅度的均值，若幅度均值大于最小幅度閾值，更新運動方向與運動幅度。否則保持原有的運動方向與幅度。所述步驟(c-2)根據(jù)光流場的運動趨勢，匹配相應(yīng)區(qū)域的特征點，所述步驟(c-2)包括：(c-21)根據(jù)運動方向與幅度，劃定目標(biāo)可能落在的區(qū)域；(c-22)計算步驟(c-21)中區(qū)域的特征點；(c-23)計算步驟(c-22)得到的特征點與上一幀圖像中目標(biāo)的特征點間的差異程度，若差異度小于最大差異閾值，則認(rèn)為兩者匹配；(c-24)計算步驟(c-23)得到兩兩匹配的特征點間的歐氏距離與方向；(c-25)計算步驟(c-24)得到的匹配特征點間的歐氏距離與方向的方差，若方差小于最大匹配方差閾值，則選取匹配特征點中強(qiáng)度最強(qiáng)點，更新目標(biāo)位置。這樣的方法更進(jìn)一步克服輸出不穩(wěn)定的缺點，提高抗噪效果本專利技術(shù)的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法能有效追蹤穿刺針具的位置，根據(jù)穿刺針具的實際位置和狀態(tài)繪制預(yù)測線，使的預(yù)測線能及時、準(zhǔn)確地根據(jù)穿刺針具的位置調(diào)整而對應(yīng)改變，有助于提高穿刺手術(shù)的準(zhǔn)確度和靈活性。上述說明僅是本專利技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術(shù)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本專利技術(shù)的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)基于穿刺導(dǎo)架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)基于穿刺導(dǎo)架的超聲圖像示意圖。圖3為本專利技術(shù)的流程圖。具體實施方式為更進(jìn)一步闡述本專利技術(shù)為達(dá)成預(yù)定專利技術(shù)目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本專利技術(shù)的具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下：如圖3所示，本專利技術(shù)的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，包括如下步驟：(a)讀入超聲視頻圖像；(b)選定超聲視頻圖像中的跟蹤判別區(qū)域；(c)識別跟蹤判別區(qū)域中的強(qiáng)回聲圖像部分；(d)在超聲視頻圖像中繪制強(qiáng)回聲圖像的長度方向的延長線，并輸出視頻圖像；(e)重復(fù)步驟(c)至(d)，更新視頻圖像中的延長線位置；超聲手術(shù)時，能根據(jù)穿刺針具的實際位置和角度，在超聲圖像上顯示穿刺針具的走向(即所述延長線)，可以輔助手術(shù)醫(yī)生及時調(diào)整扎針角度、位置，有助于提高手術(shù)的靈活度和準(zhǔn)確性。其中，所述步驟(b)中，通過FAST特征點檢測算法提取強(qiáng)回聲圖像部分。穿刺針具的針尖和針桿在超聲圖像中表現(xiàn)為明顯的強(qiáng)回聲，灰度值會明顯區(qū)別于其他圖像(例如肌肉、組織等)，F(xiàn)AST算法的特點為通過判斷目標(biāo)點與周圍點之間的突出程度，來認(rèn)定目標(biāo)點是否為特征點，因而利用FAST特征點檢測的算法能快速、有效地提取出穿刺針具的可能處于的位置。具體地，本實施例中，F(xiàn)AST特征點計算方法為：其中circle(x,y)為距離點(x,y)距離c個像素的點的集合，習(xí)慣上該c取值為3，此時circle(x,y)的像素點的數(shù)量為16個。I(x,y)表示點(x,y)的灰度值，I(x’,y’)表示點(x’,y’)——即前述circle(x,y)的16個像素點——的灰度值。ε表示預(yù)設(shè)的灰度差值，可根據(jù)超聲設(shè)備的具體成像能力進(jìn)行設(shè)置。該公式表示，統(tǒng)計像素點(本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：包括如下步驟：(a)讀入超聲視頻圖像；(b)選定超聲視頻圖像中的跟蹤判別區(qū)域；(c)識別跟蹤判別區(qū)域中的強(qiáng)回聲圖像部分；(d)在超聲視頻圖像中繪制強(qiáng)回聲圖像的長度方向的延長線，并輸出視頻圖像；(e)重復(fù)步驟(c)至(d)，更新視頻圖像中的延長線位置。

【技術(shù)特征摘要】
1.基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：包括如下步驟：(a)讀入超聲視頻圖像；(b)選定超聲視頻圖像中的跟蹤判別區(qū)域；(c)識別跟蹤判別區(qū)域中的強(qiáng)回聲圖像部分；(d)在超聲視頻圖像中繪制強(qiáng)回聲圖像的長度方向的延長線，并輸出視頻圖像；(e)重復(fù)步驟(c)至(d)，更新視頻圖像中的延長線位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：所述步驟(b)中，通過獲取圖像特征點算法識別強(qiáng)回聲圖像部分。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：所述步驟(b)中，通過FAST特征點檢測算法提取強(qiáng)回聲圖像部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：所述步驟(c)包括(c-1)使用光流法計算幀間運動；預(yù)測運動方向(c-2)根據(jù)視頻的運動趨勢，匹配上一幀中的目標(biāo)特征點。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于穿刺針尖自動識別的超聲穿刺引導(dǎo)線成像方法，其特征在于：所述步驟(c-1)包括：(c-11)計算光流場，并統(tǒng)計光流...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李凱，鄭榮琴，任杰，黃翰，
申請(專利權(quán))人：中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44