超声波诊断设备、超声探头、图像的生成方法及存储介质与流程

2021-01-08 13:01:23|

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本发明实施例涉及超声波领域，特别涉及一种超声波诊断设备、超声探头、图像的生成方法及存储介质。

背景技术：

当前的超声波诊断设备，采集的图像是2d超声波切片数据，专业医生根据此2d超声波切片图像进行诊断，保存的数据也是一个或几个2d超声波切片图像。

然而，人体为一个三维个体，虽然专业的医生通过手法和经验，能够得到最能反映病症的2d超声波切片图像，但并不是所有医生都能在超声检查操作中找到最理想位置的2d超声波切片图像，例如，乡镇的大夫可能很少使用或未使用过超声波诊断设备，若需要获取准确反映病灶的2d超声波切片图像，针对每个器官都需要很长时间的操作手法培训，很难仅仅通过远程指导的方法让其获取到正确的2d超声波切片图像，因此造成了超声的远程诊断场景实现困难，一直无法大规模推广起来。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种超声波诊断设备、超声探头、图像的生成方法及存储介质，使得使用者无需专业知识也可以获取到准确反映病灶的超声波图像，降低超声诊断设备的使用难度。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种超声波诊断设备，包括：超声探头、以及与所述超声探头连接的主控组件；超声探头包括探头主体和设置于所述探头主体内的位姿检测组件，所述位姿检测组件用于实时获取所述超声探头的位姿数据，所述探头主体用于连续对检测对象进行连续扫描，获取对应的超声波图像；并将所述超声波图像以及对应的位姿数据传输至所述主控组件；主控组件用于根据所述位姿数据，拼接连续的所述超声波图像以生成所述检测对象的超声波立体图像。

本发明的实施方式还提供了一种超声探头，包括：探头主体和位姿检测组件；位姿检测组件用于实时获取超声探头的位姿数据；探头主体用于对检测对象进行连续扫描，获取与位姿数据对应的超声波图像；并将所述超声波图像以及对应的位姿数据传输至主控组件，由所述主控组件用于根据所述位姿数据，拼接连续的所述超声波图像以生成所述检测对象的超声波立体图像。

本发明的实施方式还提供了一种图像的生成方法，应用于超声诊断设备，包括：在检测到超声探头运行时，实时获取包含超声探头的位姿数据以及与位姿数据对应的超声波图像；根据位姿数据，拼接连续的超声波图像以生成检测对象的超声波立体图像。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现超声波图像的生成方法。

本申请实施方式中，超声探头包括探头主体和设置于探头主体内的位姿检测组件，该位姿检测组件可以实时获取探头主体的位姿，探头主体用于对检测对象进行连续扫描，主控组件可以实时获取探头主体的位姿数据以及对应的超声波图像，从而可以根据位姿数据将连续获取的超声波图像进行拼接，形成超声波立体图像；由于生成的是超声波立体图像，该超声波立体图像为三维图像，三维图像可以显示出检测对象更多细节，提高了该超声波诊断设备生成的检测对象的准确性；用户可以根据需要查看该超声波立体图像，无需使用者具有专业的超声操作知识，提高了该超声波诊断设备的使用场景。

另外，主控组件包括：图像排列单元和拼接单元；图像排列单元用于对每个位姿数据以及对应的超声波数据进行如下排列处理：根据位姿数据，获取探头主体在预设的三维空间坐标系中的探头位置和探头角度；按照探头角度，将与探头角度对应的超声波图像置于探头位置上；拼接单元用于将排列后的超声波图像进行拼接，形成超声波立体图像。超声波图像与该探头主体的角度以及位置相关，将该探头主体的角度以及位置转换至预设的三维空间坐标系中，统一坐标系以便于将获取的超声波图像进行拼接，同时按照该探头角度放置该超声波图像，使得超声波图像的放置与探头主体的位姿相对应，提高了放置超声波图像的准确性，进而使得后续拼接得到的超声波立体图像更准确。

另外，图像排列单元还包括位置获取子单元和角度获取子单元；位置获取子单元用于对每个位姿数据进行如下处理：在检测到探头主体的位置改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的位姿数据，获取当前探头主体相对上一帧探头主体的相对位置数据；根据相对位置数据以及上一帧对应的探头位置，确定当前帧对应的探头位置；角度获取子单元用于对每个位姿数据进行如下处理：在检测到超声探头的角度改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的所述位姿数据，获取当前所述探头主体相对上一帧所述探头主体的相对角度数据；根据所述相对角度数据以及上一帧中对应的探头角度，确定当前帧对应的探头角度。通过当前探头主体相对上一帧探头主体的相对位置数据以及当前探头主体相对上一帧探头主体的相对角度数据，可以确定出放置下一帧的超声波图像数据的位置，该排列超声波图像的方式简单且准确。

另外，控组件还包括：第一重叠检测单元；第一重叠检测单元用于对排列后的超声波图像进行如下处理：检测当前超声波图像是否与前一帧的超声波图像之间是否存在重叠图像；若是，则重新获取当前帧的超声波图像，或者，根据重叠图像，更新当前帧的超声图像。第一重叠检测单元针对排列后的超声波图像进行检测，若检测到重叠图像，可以重新获取当前帧的超声波图像，或者根据该重叠图像更新该当前帧的超声波图像，提高整体超声波图像的质量，进而提高超声波立体图像的准确性。

另外，主控组件还包括：第二重叠检测单元：第二重叠检测单元用于在检测到超声探头结束扫描后，若检测到所有获取的超声波图像构成的覆盖区域与预设的指定扫描区域的重叠部分小于指定扫描区域，则输出第一错误指示信息；和/或，若检测超声波图像中存在模糊图像，则输出第二错误指示信息。所有超声波图像构成的覆盖区域与指定扫描区域的重叠部分小于指定扫描区域，表明未将该指定扫描区域扫描完整，通过输出第一错误指示信息，以提示使用者重新扫描；或者，当有模糊图像时，会导致获得的超声波立体图像不准确，通过输出第二错误指示信息，以提示用户重新获取，提高该超声波诊断设备的智能程度，降低使用者的使用门槛。

另外，超声波诊断设备还包括：与所述主控组件连接的显示器；显示器用于显示所述超声波立体图像；主控组件还用于在检测到指示显示指定切面的超声波图像的指令时，对所述超声波立体图像进行切割，生成所述指定切面的超声波图像并传输至所述显示器。通过超声波立体图像，可以得到任意切面的图像，而无需重新对检测对象进行扫描，提高了检测的效率。

另外，探头主体包括：二维探头或三维探头；位姿检测组件包括：运动传感器。探头主体设置灵活。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施例中提供的一种超声波诊断设备的结构框图；

图2是根据本发明第二实施例中提供的一种超声波诊断设备中超声探头的示意图；

图3是根据本发明第二实施例中提供的一种主控组件的结构框图；

图4是根据本发明第二实施例中提供的一种超声探头移动方向的示意图；

图5是根据本发明第二实施例中提供的一种超声波图像排列示意图；

图6是根据本发明第二实施例中提供的另一种超声波图像排列示意图；

图7是根据本发明第二实施例中提供的超声波立体图像示意图；

图8是根据本发明第二实施例中提供的一种超声波诊断设备的结构框图；

图9是根据本发明第二实施例中提供的指定切面的超声波图像的示意图；

图10是根据本发明第三实施例中提供的一种主控组件的结构框图；

图11是根据本发明第三实施例中提供的一种超声波图像排列示意图；

图12是根据本发明第四实施例中提供的一种超声探头的结构框图；

图13是根据本发明第五实施例中提供的一种超声波图像的生成方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种超声波诊断设备，该超声波诊断设备10包括：超声探头101、以及与超声探头101连接的主控组件102；超声探头101包括探头主体1011和设置于探头主体1011内的位姿检测组件1012，位姿检测组件1012用于实时获取探头主体1011的位姿数据，探头主体1011用于连续对检测对象进行连续扫描，获取对应的超声波图像；并将超声波图像以及对应的位姿数据传输至主控组件1012；主控组件1012用于根据位姿数据，拼接连续的超声波图像以生成检测对象的超声波立体图像。

本发明的第二实施方式涉及一种超声波诊断设备。本实施方式是对第一实施方式中超声波诊断设备的具体介绍。下面结合附图1、2介绍该超声诊断设备。

如图1所示，该超声波诊断设备10包括：探头主体1011、以及与探头主体1011连接的主控组件102。该探头主体1011的结构如图2所示，包括探头主体1011和设置于探头主体1011内的位姿检测组件1012。

具体地，该位姿检测组件1012可以是运动传感器，该运动传感器可以被设置于靠近探头主体1011的扫描面的位置，该探头主体101内还可以设置处理器，如图2中的1013，用于获取该运动传感器采集的位姿数据，并将位姿数据传输至主控组件102。其中，该探头主体1011可以包括：二维探头或三维探头，该探头主体1011的探头如图2中的1011-1所示；图2中并未示出主控组件102，该主控组件102可以包括处理器，如，计算机设备。

该超声波诊断设备的运行过程如下：探头主体1011启动时，位于该探头主体1011内的位姿检测组件1012也同步启动，该位姿检测组件1012开始检测探头主体1011的位姿数据；可以将该位姿数据传至该探头主体1011内，由探头主体1011将该位姿数据传输至该主控组件102；探头主体1011连续对检测对象进行扫描，得到连续的超声波图像，并实时传输至主控组件102。可以通过设置同步时钟的方式，同步启动该探头主体1011和位姿检测组件1012。

使用者可以将超声探头101放置在检测对象的待测部位上，当探头主体1011接触到检测对象后，可以向探头主体1011内的处理器发送探头主体1011启动的提示信息，该探头主体1011内获取到该提示信息即可启动该位姿检测组件1012实时获取该探头主体1011的位姿数据；可以设置位姿检测组件1012的采集频率，频率越高，后续生成的超声波立体图像也越准确。

需要说明的是，可以根据探头主体1011扫描时间的先后顺序，为每个超声波图像添加表征扫描时间的时间标签，同理，可以为每个位姿数据添加表征获取位姿时间的时间标签；可以通过时间标签查找相同时刻获取超声波图像对应的探头主体1011的位姿数据。

在一个例子中，主控组件102包括图像排列单元1021和拼接单元1022；图像排列单元1021用于对每个位姿数据以及对应的超声波数据进行如下排列处理：根据位姿数据，获取探头主体在预设的三维空间坐标系中的探头位置和探头角度；按照探头角度，将与探头角度对应的超声波图像置于探头位置上；拼接单元用于将排列后的超声波图像进行拼接，形成超声波立体图像。该主控组件102的结构框图如图3所示。

图像排列单元1021还包括位置获取子单元和角度获取子单元；位置获取子单元用于对每个位姿数据进行如下处理：在检测到探头主体的位置改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的位姿数据，获取当前探头主体相对上一帧探头主体的相对位置数据；根据相对位置数据以及上一帧对应的探头位置，确定当前帧对应的探头位置。角度获取子单元用于对每个位姿数据进行如下处理：在检测到超声探头的角度改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的位姿数据，获取当前探头主体相对上一帧探头主体的相对角度数据；根据相对角度数据以及上一帧中对应的探头角度，确定当前帧对应的探头角度。

具体地，位姿检测组件1012可以包括运动传感器、重力传感器和地磁传感器等。该位姿检测组件采集到的探头主体1011的位姿数据包括：相对于探头主体参考系移动的位置坐标以及角坐标。可以预先设置三维空间坐标系，可以在该三维空间坐标系中的取任意位置作为探头主体1011在该三维空间坐标系中对应的初始的探头位置，也可以取任意角度作为在预设的三维空间坐标系中初始的探头角度。通过探头主体1011在相对于探头主体参考系下的初始位置与设置的初始的探头位置，以及探头主体1011在相对于探头主体参考系下的初始角度与设置的初始的探头角度，可以将探头主体参考系下的位姿数据转化至该预设的三维空间坐标系下。

可以通过当前帧的位姿数据与其前一时刻的位姿数据之间的差异，获取探头主体1011的相对位置变化，根据相对位置变化以及前一帧的该探头主体在该三维空间坐标系中的坐标，即可确定当前帧的该探头主体的探头位置；同理，还可以获取探头主体1011的角度变化，根据相对的角度变化以及前一帧的该探头主体的探头角度，确定当前帧的该探头主体的探头角度。

例如，在该三维空间坐标系中将初始的探头主体的探头位置被设置为(x0,y0,z0)，初始帧t0的探头主体的探头角度被置为(α0,β0,γ0)，初始帧t0下的位姿数据包括：相对该探头主体坐标系下的初始的位置坐标(x0',y0',z0')以及初始角度(α0',β0',γ0')；也就是说，(x0',y0',z0')对应于三维空间坐标系下的(x0,y0,z0)，(α0',β0',γ0')对应于三维空间坐标系下的(α0,β0,γ0)。获取t1帧该探头主体相对该探头主体坐标系下的位置坐标(x1',y1',z1')，以及t1帧探头主体相对上一帧探头主体的相对位置数据为(△x,△y,△z),其中，△x＝x1'-x0',△y＝y1'-y0',△z＝z1'-z0'，则t1帧该探头主体的探头位置为(x0+△x,y0+△y,z0+△z)；同理，可以获取t1帧与t0帧之间探头角度的相对变化，确定该t1帧中对应的探头角度。

该探头主体不断对检测对象进行扫描，按照超声探头的探头角度将每张超声波图像放置于该三维空间坐标系对应的探头位置，在检测到该超声探头结束扫描之后，则可以拼接位于三维空间坐标系中的每个超声波图像，生成超声波立体图像。

例如，探头主体可以按照如图4所示的移动方向b对人体腿部进行扫描，人体腿部为检测对象，若探头主体为2d探头，对于每张超声波图像进行如下排列处理：按照探头角度将该超声波图像放置于对应的探头位置。在检测到该探头主体结束扫描之后，形成如图5所示的超声波图像排列图，每张超声波图像都是腿部的一个断层图，根据探头主体1011移动速度的变化，切面间隔也会不同。通常探头主体的采样频率高，可以形成实际间隔非常小的超声波图像排列图。拼接如图5所示排列的超声波图像，形成如图7所示的超声波立体图像。若超声探头的移动速度越慢，得到三维点云越密集，形成的超声波立体图像越准确。

若超声探头为3d探头，每一帧超声波图像具有一定的宽度，扫描后的每一帧超声波图像是一定宽度的立方体切片，都是腿部的一个断层三维图，如图6所示的形式，由于每次采集都具有宽度信息，若探头主体1011移动速度慢，则相邻两次采样会存在图像重合部分，且重叠部分的数据应该是完全相同的；因此在拼接每一个超声波图像后，得到一个立体半透的致密点云图，形成三维点云数据，得到该腿部的超声波立体图像如图7所示。

在一个例子中，超声波诊断设备10还包括：与主控组件102连接的显示器103；显示器103用于显示超声波立体图像；主控组件102还用于在检测到指示显示指定切面的超声波图像的指令时，对超声波立体图像进行切割，生成指定切面的超声波图像并传输至显示器103，其该超声诊断设备的结构还可以如图8所示。

具体地，该显示器103可以普通显示器，也可以是全息影像显示器，该显示器显示该立体超声波立体图像。若使用者需要观察指定切面的超声波图像，可以通过输入装置输入指定切面的信息，主控组件102接收到该指令后，对超声波立体图像进行切割，生成该指定切面的超声波图像，并传输至该显示器103，由显示器显示该指定切面的超声波图像，指定切面如图9所示的切面1和切面2。

本发明的第三实施方式涉及一种超声波诊断设备。本实施方式是对第一实施方式或对第二实施方式的改进，主要改进之处在于，本实施方式的主控组件102还包括：第一重叠检测单元1023。该主控组件102的结构框图如图10所示。

第一重叠检测单元1023用于对排列后的超声波图像进行如下处理：检测当前超声波图像是否与前一帧的超声波图像之间是否存在重叠图像；若是，则重新获取当前帧的超声波图像，或者，根据重叠图像，更新当前帧的超声图像。

由于探头主体1011的移动不是平稳的，按照探头角度排列得到的超声波图像排列图中会出现超声波图像相对其他超声波图像倾斜的现象，如图11所示中的超声波图像e和超声波图像f。本实施例中通过第一重叠检测单元检测超声波图像的倾斜现象，若出现如图11所示的倾斜图像，那么该超声波图像e必然与前后两帧的超声波图像重叠，基于此原理，对排列后的每个超声波图像进行检测：检测当前超声波图像是否与前一帧的超声波图像之间是否存在重叠图像；若是，则重新获取当前帧的超声波图像，或者，根据重叠图像，更新当前帧的超声图像。

若出现重叠图像，表明当前帧的超声波图像为倾斜图像，若探头主体的扫描频率高于预设频率，则可以不对倾斜的超声波图像进行处理，若扫描频率低于该预设频率，可以指示提高扫描频率重新对指定扫描区域进行扫描，重新获取当前帧的超声波图像。指定扫描区域还可以是待测器官，则该指定扫描区域图像可以是该检测对象对应的器官图像，可以在该检测对象的待测器官位置投影出该器官图像。还可以采用算法根据重合图像的信息，生成运算后新的信息作为该帧的超声波图像。

可以理解的是，初始帧的超声波图像可以默认为正常图像。

主控组件102还包括：第二重叠检测单元1024：第二重叠检测单元1024用于在检测到探头主体结束扫描后，若检测到所有获取的超声波图像构成的覆盖区域与预设的指定扫描区域的重叠部分小于所述指定扫描区域，则输出第一错误指示信息；和/或，若检测所述超声波图像中存在模糊图像，则输出第二错误指示信息。

具体地，若检测到该探头主体1011离开检测对象的表面后，则确定该超声探头结束扫描。在拼接每个超声波图像之前，可以检测所有超声波图像构成的覆盖区域与指定扫描区域的重叠部分是否小于指定扫描区域，若是，表明存在未扫描到的区域，则可以输出第一错误指示信息。另外，还可以检测获取的超声波图像中是否存在模糊图像，若是，则输出第二错误指示信息。第一错误指示信息用于指示存在缺失区域；第二错误指示信息用于指示存在模糊图像。输出的方式可以是语音输出，通过输出第一错误指示信息或第二错误指示信息，使得使用者可以重新获取准确的超声波图像；提高检测的准确性。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第四实施方式涉及一种超声探头，超声探头101的结构框图如图12所示，包括：探头主体1011和位姿检测组件1012；位姿检测组件1012用于实时获取探头主体1011的位姿数据；探头主体用于对检测对象进行连续扫描，获取与位姿数据对应的超声波图像；并将超声波图像以及对应的位姿数据传输至主控组件，由主控组件1012用于根据位姿数据，拼接连续的超声波图像以生成检测对象的超声波立体图像。

本发明第五实施方式涉及一种超声波图像的生成方法，应用于超声波诊断设备，其流程如图13所示：

步骤501：在检测到超声探头运行时，实时获取包含超声探头的位姿数据以及与位姿数据对应的超声波图像。

具体地，探头主体启动时，位于该探头主体内的位姿检测组件也同步启动，该位姿检测组件开始检测探头主体的位姿数据；可以将该位姿数据传至该探头主体内，由探头主体将该位姿数据传输至该主控组件；探头主体连续对检测对象进行扫描，得到连续的的超声波图像，并实时传输至主控组件。可以通过设置同步时钟的方式，同步启动该探头主体和位姿检测组件。

使用者可以将超声探头放置在检测对象的待测部位上，当探头主体接触到检测对象后，可以向探头主体内的处理器发送探头主体启动的提示信息，该探头主体内获取到该提示信息即可启动该位姿检测组件实时获取该探头主体的位姿数据；可以设置位姿检测组件的采集频率，频率越高，后续生成的超声波立体图像也越准确。该位姿检测组件采集到的探头主体的位姿数据包括：相对于探头主体参考系移动的位置坐标以及相对于探头主体的参考系的角坐标。

步骤502：根据位姿数据，拼接连续的超声波图像以生成检测对象的超声波立体图像。

具体地，根据位姿数据，获取探头主体在预设的三维空间坐标系中的探头位置和探头角度；按照探头角度，将与探头角度对应的超声波图像置于探头位置上；拼接单元用于将排列后的超声波图像进行拼接，形成超声波立体图像。获取探头位置具体包括：在检测到探头主体的位置改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的位姿数据，获取当前探头主体相对上一帧探头主体的相对位置数据；根据相对位置数据以及上一帧对应的探头位置，确定当前帧对应的探头位置。获取探头角度的过程包括：在检测到超声探头的角度改变时，根据当前帧的位姿数据与其上一帧的位姿数据，获取当前探头主体相对上一帧探头主体的相对角度数据；根据相对角度数据以及上一帧中对应的探头角度，确定当前帧对应的探头角度。

该探头主体不断对检测对象进行扫描，将每张超声波图像按照超声探头的探头位置放置于该三维空间坐标系中，在检测到该超声探头结束扫描之后，则可以接位于三维空间坐标系中的每个超声波图像，生成超声波立体图像。其中，该超声诊断设备中的主控组件可以包括存储器和处理器，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述超声波图像的生成方法。

存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路链接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本发明第六实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现超声波图像的生成方法。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

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