[发明专利]自由式三维超声成像方法、装置和系统

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种自由式三维超声成像方法、装置和系统。

背景技术

二维超声在临床获得了许多应用，但是也存在着很多局限性：人体器官原本是三维的，医生在诊断、治疗时只能在头脑中用众多二维超声图像重建出人体的三维结构，如此导致效率降低并容易造成误诊。三维超声成像显示直观，在采集了人体器官的三维数据后，能直观地显示感兴趣部位的三维立体结构，取代了以往凭医生经验重建三维图像的过程。同时，医生可通过人机交互技术实现任意切面的显示，为医生提供了从不同角度观察脏器提供了可能。三维超声成像可以向医生提供感兴趣器官（如肛肠、食道、腹部肝、肾等）在体内的空间位置及其三维形态，从而为进行人体腔内和体外的超声诊断、介入性手术治疗提供依据。这将有利于减少在治疗中对正常组织的损伤。此外，三维超声可以精确测量结构的参数，能更准确地反映人体器官和病变的形状、体积、轮廓、器官间的邻接等。

传统的三维超声系统主要可以分为四类：三维超声专用容积探头、基于机械臂的三维超声系统、无定位器的三维超声系统、自由式三维超声系统。三维超声专用容积探头是将换能晶片和驱动装置包容于探头内，机械装置驱动晶片做等距的扇扫或环形扫描；而后面三种方式都是利用传统的二维超声设备结合特定的空间定位信息来获取一序列的二维超声图像，然后利用三维超声重建方法生成三维超声体数据。从三维超声的临床应用角度来看，自由式三维超声更符合医生操作习惯和手术室环境，是目前应用前景比较广的一种方案。

传统的自由式三维超声系统主要由传统的二维超声系统、光学或电磁定位系统、图像采集卡、安装有重建软件系统的图形工作站构成。在超声系统的手持探头上固定一个空间定位传感器，用于获得2D超声检查探头相对于定位系统本身坐标原点的精确空间位置（包括：位置信息、方位信息）。这些空间定位信息数据流将被定位系统的控制单元采集到，并传输到重建软件系统。为了采集每一帧的超声图像，通常给图形工作站安装了一个视频采集卡。

由于自由式三维超声系统的临床应用对实时性要求较高，当前绝大部分的三维超声重建方法，例如：最邻近体素法（Voxel Nearest Neighbor）、最邻近像素法（Pixel Nearest Neighbor）、距离加权法（Distance Weighted），都是基于简单、速度相对较快的数据插值、拟合算法，特别难于调整插值邻域大小这一参数。如果过大，则会造成重建图像质量的下降（模糊效应），如果过小，则又可能会在重建的图像中留下较大的空隙。

发明内容

基于此，有必要针对传统的三维超声系统重建图像质量差的问题，提供一种能提高图像重建质量的自由式三维超声成像方法和装置。

此外，还有必要提供一种能提高图像重建质量的自由式三维超声成像系统。

一种自由式三维超声成像方法，包括以下步骤：

根据直接对超声图像采集得到的二维超声图像构建三维的体数据结构；

将二维超声图像中的各像素分配到所述构建的三维的体数据结构的体数据中，形成已知体素值区域和空体素值区域；

采用基于方向加权函数根据邻近已知体素值区域对空体素值区域进行插值填补。

一种自由式三维超声成像装置，包括：

构建模块，用于根据直接对超声图像采集得到的二维超声图像构建三维的体数据结构；

分配模块，用于将二维超声图像中的各像素分配到所述构建的三维的体数据结构的体数据中，形成已知体素值区域和空体素值区域；

填补模块，用于采用基于方向加权函数根据邻近已知体素值区域对空体素值区域进行插值填补。

一种自由式三维超声成像系统，包括二维超声主机、二维超声探头、空间定位系统和图形工作站；所述空间定位系统与图形工作站相连，所述二维超声探头与二维超声主机相连，所述二维超声主机与图形工作站相连；所述二维超声探头上安装空间定位传感器，所述空间定位传感器用于获取二维超声探头相对于所述空间定位系统自身坐标原点的空间位置，并将所述空间位置发送给所述空间定位系统；所述空间定位系统用于将所述空间位置发送给所述图形工作站；所述二维超声探头用于采集二维超声图像，并将采集的二维超声图像直接发送给所述二维超声主机；所述二维超声主机将所述二维超声图像发送给所述图形工作站；所述图形工作站包括所述的自由式三维超声成像装置。

上述自由式三维超声成像方法、装置和系统，因直接对超声图像采集得到所需的二维超声图像，不需进行二次转换，提高了图像质量，通过基于方向加权函数进行插值填补，较好的保存了图像的边缘信息，进一步提高了图像的质量。