用于侦测三维超声图像中导管位置的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于侦测三维超声图像中导管位置的系统及方法，该系统包括三维超声图像获取模组及导管中心线三维轨迹产生模组。该三维超声图像获取模组用于获取原始的三维超声图像。该导管中心线三维轨迹产生模组用于侦测导管位置及在该三维超声图像上显示侦测到的导管。

【技术实现步骤摘要】
用于侦测三维超声图像中导管位置的系统及方法
本专利技术涉及一种三维超声图像侦测系统及方法，特别涉及一种用于侦测三维超声图像中导管(catheter)位置的系统及方法。
技术介绍
一些介入性医疗手术需要将例如导管的医疗器具插入到患者的体内如血管中。如图1所示，导管110沿血管120逐渐插入，并最终将导管110的末端112定位在例如患者心脏130入口附近的目标位置处，以进行后续医疗处理。在导管110沿血管120插入的过程中，例如在PICC（PeripherallyInsertedCentralCatheter，外周置入中心静脉导管）手术中，导管末端112需要正确地插入到目标位置，以保证后续医疗过程的可靠性，若导管末端112位置不正确可能会影响后续治疗甚至会伤害到患者。目前，主流的导管插入方法是医生根据经验在无侦测的条件下直接将导管插入到患者的血管中，然后再通过X射线方式进行位置确认，但此方法不能实时帮助医生了解导管的插入位置，有可能会造成导管插入错误或插入过深而影响后续治疗，并且通过X射线方式确认还可能会造成辐射有关的并发症。为了避免上述X射线方式确认导管位置的方法可能造成的不良后果，现有技术也提出了一些应用超声侦测来确认导管的插入位置的方法，虽然超声侦测具有实时和无辐射等优点，但超声侦测方式需要克服严重的斑点噪声及较低的空间分辨率所引起的侦测精度差等技术问题，而目前的超声侦测方法尚不能完全解决上述问题，并且大部分方法也都是在二维超声图像中进行侦测的，侦测的实用性及准确度较差。所以，需要提供一种用于侦测三维超声图像中导管位置的系统及方法来解决至少上述问题。专利
技术实现思路
现在归纳本专利技术的一个或多个方面以便于本专利技术的基本理解，其中该归纳并不是本专利技术的扩展性纵览，且并非旨在标识本专利技术的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本专利技术的一些概念。本专利技术的一个方面在于提供一种系统。该系统包括：三维超声图像获取模组，用于获取原始的三维超声图像；及导管中心线三维轨迹产生模组，用于侦测导管位置及在该三维超声图像上显示侦测到的导管。本专利技术的另一个方面在于提供一种方法。该方法包括：获取原始的三维超声图像；产生包括若干候选导管的第一可能性图像；从该若干候选导管中侦测出一个正确的导管；及将该正确的导管显示出来。本专利技术的再一个方面在于提供一种方法。该方法包括：获取原始的三维超声图像；计算导管的三维轨迹；计算血管的三维轨迹；建立沿血管的中心线的切片图像；及将导管的中心线的三维轨迹投影到该切片图像上。本专利技术的再另一个方面在于提供一种方法。该方法包括：获取原始的三维超声图像；计算导管的三维轨迹；计算血管的三维轨迹；判断侦测的导管的三维轨迹及血管的三维轨迹哪一个侦测结果不满足预设的图像标准；如果该血管的三维轨迹的侦测结果较差，在原始图像中导管的位置处获取感兴趣的区域，在该感兴趣的区域内再次计算出血管的三维轨迹；如果该导管的三维轨迹的侦测结果较差，在原始图像中血管的位置处获取感兴趣的区域，然后在该感兴趣的区域内再次计算出导管的三维轨迹；及合成计算出的导管的三维轨迹与血管的三维轨迹。通过应用本专利技术用于侦测三维超声图像中导管位置的系统及方法，可基于原始的三维超声图像产生包括若干候选导管的可能性图像，然后在XY轴投影平面及对应该若干候选导管位置的展平曲面上分别计算出该若干候选导管的中心线的XY轴坐标及Z轴坐标，然后将计算出来的候选导管的中心线的三维轨迹进行手动或自动甄别以将正确的一个筛选出来，再和计算出来的血管图像进行合成，合成后的侦测图像即可实时地指导医护人员进行插管手术。附图说明通过结合附图对于本专利技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本专利技术，在附图中：图1为一种PICC手术的示意图。图2为本专利技术用于侦测三维超声图像中导管位置的系统的较佳实施方式的示意图。图3为图2系统中图像处理单元的一部分的较佳实施方式的框图。图4为本专利技术用于侦测三维超声图像中导管位置的方法的较佳实施方式的流程图。图5为图4方法的执行过程的举例示意图。图6为图3图像处理单元中导管中心线三维轨迹产生模组的较佳实施方式的框图。图7为执行图6导管中心线三维轨迹产生模组的方法的较佳实施方式的流程图。图8为执行图6导管中心线三维轨迹产生模组中可能性图像产生子模组的方法的较佳实施方式的流程图。图9为图8方法的执行过程的举例示意图。图10为执行图6导管中心线三维轨迹产生模组中导管平面计算子模组的方法的较佳实施方式的流程图。图11为图10方法的执行过程的举例示意图。图12为执行图6导管中心线三维轨迹产生模组中直角坐标平面计算子模组的方法的较佳实施方式的流程图。图13为图12方法的执行过程的举例示意图。图14为图3图像处理单元中错误导管中心线三维轨迹删除模组的较佳实施方式的框图。图15为执行图14错误导管中心线三维轨迹删除模组的方法的较佳实施方式的流程图。图16为图15方法的执行过程的举例示意图。图17为图3图像处理单元中正确导管中心线三维轨迹修复模组的较佳实施方式的框图。图18为执行图17正确导管中心线三维轨迹修复模组的方法的较佳实施方式的流程图。图19为图18方法的执行过程的举例示意图。图20为图2系统中图像处理单元的另一部分的较佳实施方式的框图。图21为执行图20图像处理单元中合成图像产生模组及图像显示模组的方法的较佳实施方式的流程图。图22为图21方法的执行过程的举例示意图。具体实施方式以下将描述本专利技术的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本专利技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“X轴”、“Y轴”、“Z轴”、“XY轴”、“YZ轴”、“XZ轴”等类似的词语使用仅仅是方便说明，不限定于任何空间方位。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。请参考图2，为本专利技术用于侦测三维超声图像中导管位置的系统200的较佳实施方式的示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，其特征在于，该系统包括：三维超声图像获取模组，用于获取原始的三维超声图像；及导管中心线三维轨迹产生模组，用于侦测导管位置及在该三维超声图像上显示侦测到的导管。

【技术特征摘要】
1.一种用于侦测导管的系统，其特征在于，该系统包括：三维超声图像获取模组，用于获取原始的三维超声图像；及导管中心线三维轨迹产生模组，用于产生包括若干候选导管的第一可能性图像，从该若干候选导管中侦测出一个正确的导管及在该三维超声图像上显示侦测到的导管。2.如权利要求1所述的系统，其中该导管中心线三维轨迹产生模组包括：可能性图像产生子模组，用于基于该原始的三维超声图像产生导管的第一可能性图像，该第一可能性图像包括若干候选导管；导管平面计算子模组，用于在该第一可能性图像的一个XY轴投影平面上计算该若干候选导管的中心线的XY轴坐标；及直角坐标平面计算子模组，用于在该第一可能性图像的一个对应该若干候选导管位置的展平曲面上计算该若干候选导管的中心线的Z轴坐标。3.如权利要求2所述的系统，其中该系统进一步包括：错误导管中心线三维轨迹删除模组，包括：感兴趣区域提取子模组，用于在该原始的三维超声图像中提取每一个候选导管的中心线的三维轨迹的第一感兴趣区域；可能性图像产生子模组，用于在该第一感兴趣区域内产生导管的第二可能性图像，该第二可能性图像包括若干候选导管；及投影平面侦测子模组，用于在该第二可能性图像的一个XY轴投影平面上选择该若干候选导管中最长的一个。4.如权利要求3所述的系统，其中该错误导管中心线三维轨迹删除模组还包括：展平曲面侦测子模组，用于判断该最长的候选导管在其展平曲面上的强度分布区域是否满足预设要求。5.如权利要求4所述的系统，其中该预设要求为该强度分布区域的长轴与短轴的比率大于一预设值。6.如权利要求4所述的系统，其中该系统进一步包括：正确导管中心线三维轨迹修复模组，包括：感兴趣区域提取子模组，用于在原始的三维超声图像中提取该最长的候选导管的中心线的三维轨迹的第二感兴趣区域；可能性图像产生子模组，用于在该第二感兴趣区域内产生导管的第三可能性图像，该第三可能性图像包括该最长的候选导管；及完整性侦测子模组，用于在该第三可能性图像中通过比较若干次计算的该最长的候选导管的结果来判断其完整性是否符合要求。7.如权利要求6所述的系统，其中该第一、第二及第三可能性图像是基于一个三维导管模型产生的。8.如权利要求7所述的系统，其中该三维导管模型包括三个立体的柱状模型Vhole、Vbody、Vbackground，分别代表导管内孔、导管本体、导管外围区域。9.如权利要求8所述的系统，其中该柱状模型Vhole及Vbackground被设定为暗像素，而柱状模型Vbody被设定为亮像素，匹配结果M有以下公式得出：M＝Wbright*Sbody/#Vbody+Wdark*(Shole+Sbackground)/(#Vhole+#Vbackground)，其中S代表侦测区域内图像强度总和，#V代表侦测区域内像素的数量，W代表该三维导管模型设定的图像权重因数。10.一种用于侦测导管的方法，其特征在于，该方法包括：获取原始的三维超声图像；产生包括若干候选导管的第一可能性图像；从该若干候选导管中侦测出一个正确的导管；及将该正确的导管显示出来。11.如权利要求10所述的方法，其中该侦测正确的导管的步骤包括：在该第一可能性图像的一个XY轴投影平面上计算该若干候选导管的中心线的XY轴坐标；及在该第一可能性图像的对应该若干候选导管位置的展平曲面上计算该若干候选导管的中心线的Z轴坐标。12.如权利要求11所述的方法，其中该计算XY轴坐标的步骤包括：将每一个候选导管的中心线投影至该第一可能性图像的一个XY轴投影平面上；及计算投影到该XY轴投影平面上投影曲线的坐标。13.如权利要求12所述的方法，其中该计算Z轴坐标的步骤包括：在该第一可能性图像中展平每一个候选导管所在的曲面；计算展平的曲面上候选导管的强度分布区域；及计算表征导管深度信息的曲线的坐标。14.如权利要求13所述的方法，其中该曲线的坐标是通过霍夫变换及多项式曲线拟合算法计算得出的。15.如权利要求11所述的方法，其中该侦测正确的导管的步骤进一步包括：在该原始的三维超声图像中提取每一个候选导管的中心线的三维轨迹的第一感兴趣区域；在该第一感兴趣区域内产生包括若干候选导管的第二可能性图像；及在该第二可能性图像的一个X...

【专利技术属性】
技术研发人员：KA帕特瓦汉，DM米尔斯，曹坤林，刘刚，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US