[发明专利]一种基于CT图像的超声特性仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像仿真技术领域，尤其是涉及一种基于CT图像的超声特性仿真方法。

背景技术

尽管CT和MRI等医学成像技术在临床上得到越来越广泛的应用，超声成像仍然是常用的成像技术。超声成像有很多的优点：(1)实时性好，(2)无电磁辐射，(3)成本低，(4)超声设备相对较小，容易携带，(5)超声探头可用来定位微小的组织界面。超声成像的主要缺点在于超声图像的信噪比低，使对图像的理解和导航等应用变得困难。临床上超声引导的经皮穿刺手术和射频消融手术要求医生有很强的手眼协调和空间推理能力。为获得充足的手术经验，需要对医生有针对性的训练。考虑到伦理道德和病人安全的原因，对医生的手术训练更适合在模拟系统而不是真实病人上进行。超声仿真系统就是为了建立一个实时准确有物理意义的仿真模型，帮助医学训练超声技能。对于超声仿真系统的研究已经有将近十年时间，一些早期的研究仅仅关注，而忽略了详细的图像分辨率信息；一些学者在散射的基础上全面仿真了超声的特性，但时间成本十分高，即使是对于一张B超图像也需要长时间计算，并不能实际应用到临床上。之后有些学者基于二维的超声图像对三维的纹理进行超声仿真。还有学者提出了以CT图像为基础，不需要超声模型详细参数的超声仿真方法，这类方法使用CT图像仿真得到的图像用于对病人进行特定的训练。

传统超声仿真系统的问题是仿真结果只有在最初的位置附近才是逼真的，当探头远离初始位置时，由于不能准确表达超声图像依赖效应，仿真图像变得不够真实，超声的采集协议复杂，要求从不同位置得到感兴趣的体数据并且不能包含伪影。用CT图像作为仿真的基础不仅避免了上述的缺点而且允许对病人的特定的仿真，在对应的CT图像的帮助下，即使新手也可以操作超声导航系统。因为CT图像作为常规的图像用于诊断和术前规划，且CT的采集协议简单，所以方便地提供了超声仿真的原始数据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定可靠、实现方便、非常适合于实际的工程应用的基于CT图像的超声特性仿真方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于CT图像的超声特性仿真方法，其特征在于，包括以下优点：

第一步，根据超声探头的位置和方向信息，从CT机数据中截取对应的二维CT图像，并生成对应的超声声阻抗图像和梯度图像；

第二步，根据超声成像原理建立一个超声仿真的声学模型，从CT图像中模拟超声的反射、吸收和传播特性；

第三步，根据超声成像的原理，模拟超声的斑点噪声；

第四步，综合以上模拟的超声特性得到最终的仿真图像。

所述的模拟超声的反射如下：

超声通过声阻抗不同的介质时，在两种介质的交界面上产生部分反射，声阻抗Z＝ρc，ρ为组织密度，c为声速；

超声的反射波束与入射波束的强度之比α_R为：

αR=IrIr=(cosθ)n(Z2-Z1Z2+Z1)2---(1)]]>