肺部超声可视化三维重建方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种肺部超声可视化三维重建方法和系统，涉及医学图像处理技术领域。本发明专利技术通过实时收集完整的肺部超声图像，并对收集到的肺部超声图像进行图像处理和数据标注，并使用图像分割模型对处理后的肺超图像进行检测与追踪，创建肺部的医学三维可视化图像，提取出与A类线、B类线、C类征象、P类征象相关参数，根据各参数对肺部病变进行评级，以更好地对被测者肺部情况进行实时检测，实时、直观地反应肺部各分段ABCP类分布情况，并可进行异常预警。本发明专利技术的三维重建方法和系统处理高效，采用多级数据模型对超声图像进行判断，数据经过初筛，中级标注以及精细勾画三个层级的人工智能高效判别。智能高效判别。智能高效判别。

【技术实现步骤摘要】
肺部超声可视化三维重建方法和系统


[0001]本专利技术涉及医学图像处理
，尤其是涉及基于超声图像进行三维重建的
，更具体地说涉及一种肺部超声可视化三维重建方法和系统。

技术介绍

[0002]超声成像是用于对人体中的器官和软组织进行成像的医院成像技术。超声成像使用实时非侵入性高频声波来生产一系列二维（2D）图像。
[0003]多年来，超声不用于评估肺，因为在正常情况下唯一可检测的结构是胸膜，该胸膜表现为与呼吸同步移动的超回波水平线。后来，发现当肺中的空气含量减少时（诸如在患有肺水肿、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）、肺炎和肺纤维化的患者中），可产生反射超声波束所需的声学不匹配。具体地，例如超声扫描器件扫描到血管外肺水的存在引起在超声图像中可见的慧尾混响伪影（称为B线）、超声肺彗星或肺火箭。这些B线（所述B线显示为从胸膜延伸到超声图像的底部的明亮垂直线）的数量和B线的宽度可用于评估肺水肿的严重性，并且也可有助于评估患有ARDS、肺炎和肺纤维化的患者。
[0004]肺功能本质上是区域性的。例如，存在一个肺的一个切面中的状况可不存在与同一个肺的其他切面或另一个肺中。此外，肺超声图像的分析通常在覆盖了至少一个呼吸周期的超声扫描上进行。目前，医师可查看并分析来自肺的多个区域的多个图像，以基于在图像中识别出A类线、B类线、C征象、P征象等征象对肺的每个区域的状况进行评分。对于大量图像的查看、分析和手动评分是劳动密集型过程，其由于不同医师的经验而造成主观识别不精确的情况。
[0005]目前在重症医学相关临床实践中，观察到一些特异性的肺超图像表现，如胸膜线增厚或破裂，B线融合，存在肺实变等特征与肺部病变状况密切相关，因此可基于这些特征来评估肺部疾病危险程度。但是，目前基于肺超图像的临床超声诊断存在主观性强，无法给出定量结果等问题。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种肺部超声可视化三维重建方法和系统，本专利技术的目的在于解决上述现有技术中肺超图像超声诊断主观性强，无法给出定量结果的问题。本专利技术提供的肺部超声可视化三维重建方法及系统，通过收集完整的肺部超声影像（对超声影像进行分帧处理得到单帧超声图像，每秒30帧），并对收集到的肺部超声图像进行图像处理和数据标注，并使用图像分割模型对处理后的肺超图像进行检测与追踪，创建肺部的医学三维可视化图像，提取出与A类线、B类线、C类征象、P类征象相关参数，根据各参数对肺部病变进行评级，以更好地对被测者肺部情况进行实时检测，实时、直观地反应肺部各分段ABCP类分布情况，在系统中进行异常预警。
[0007]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的。
[0008]本专利技术第一方面提供了一种肺部超声可视化三维重建方法，该方法包括以下步
骤：S1、超声图像采集设备固定步骤，采用12个超声探头实时采集肺部12个区域的超声图像，得到肺部完整的超声图像；调整12个超声探头的位置，使得12个超声探头在其所在区域内在某一设定时间段内连续采集得到的超声图像均为合格图像；S2、数据采集步骤，12个超声探头位置固定后，通过超声图像采集设备实时获取被测者完整的肺部超声图像；所述完整的肺部超声图像包括肺部12个不同区域的超声图像；S3、数据预处理步骤，将S2步骤采集到的完整的肺部超声图像分别进行数据增强处理；S4、图像分类和图像分割处理步骤，将经过数据预处理的完整的肺部超声图像分别进行图像分类和图像分割；将图像分类结果和图像分割结果汇总在一起，将合格图像的图像分割结果输出；所述图像分类是指采用图像分类模型对S3步骤预处理后的超声图像进行分类，根据标准度分为合格图像和不合格图像；所述图像分割是指，采用图像分割模型，对S3步骤预处理后的超声图像进行图像分割，在图像中标注出A类线、B类线、C类征象和P类征象特征；具体的，采用不同颜色对不同的特征进行标注；S5、对S4步骤输出的合格图像的图像分割结果进行指标计算，其中，针对A类线计算胸膜滑动速率；根据B类线计算B线数量；根据C类征象计算对应突变区域面积；根据P类征象计算对应胸腔积液面积；S6、利用VTK（Visualization Toolkit，可视化工具包）构建该被测者的肺部医学三维模型，根据S5步骤计算得到的各指标值，计算肺部各区域反映的气水比；在肺部医学三维模型中对应区域分别用不同形式展现肺部情况；最终将12个不同区域重建出的肺部医学三维模型整合到一起，完成肺部医学三维模型的重建；S7、根据S6步骤计算的气水比，对被测者肺部病变进行等级划分，同时将等级划分结果显示在肺部医学三维模型上。
[0009]进一步的，S1步骤中，超声图像采集设备固定步骤包括探头位置初设子步骤、数据采集子步骤、数据预处理子步骤、图像质控子步骤和探头位置调整步骤；S101、探头位置初设子步骤，具体是指，设置12个超声探头，将12个超声探头暂时固定在被测者身体的12个区域上，用以实时采集被测者完整的肺部超声图像，所述完整的肺部超声图像包括肺部12个不同区域的超声图像；S102、数据采集子步骤，12个超声探头实时采集肺部12个不同区域的超声图像；S103、数据预处理子步骤，将S102步骤采集到的完整的肺部超声图像分别进行图像降噪和图像裁切处理；S104、图像质控子步骤，将S103步骤预处理后的图像输入到图像分类模型中，图像分类模型依据标准度将超声图像分为合格图像和不合格图像；判断某一区域在设定时间段内连续采集的超声图像是否全部为合格图像，若全部为合格图像，则表示该区域的超声探头位置正确，将该区域对应的超声探头进行固定；若存在不合格图像，则调整该区域对应的超声探头位置并重复S102
‑
S104步骤，直至该区域在设定时间段内连续采集的超声图像均为合格图像；最终12个区域对应的超声探头在设定时间段内采集到的图像均合格，表示12
个区域对应的超声探头位置均正确。
[0010]S1步骤中，肺部12个不同区域的划分方法为：以乳头水平为界，将双侧胸壁划分为上、下两区；以胸骨、腋前线、腋后线、脊柱为界，将每侧胸壁划分为前、侧、后三区；划分得到的12个不同区域分别为R1区：右侧
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前胸壁上区；R2区：右侧
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前胸壁下区；R3区：右侧
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侧胸壁上区；R4区：右侧
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侧胸壁下区；R5区：右侧
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背部上区；R6区：右侧
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背部下区；L1区：左侧
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前胸壁上区；L2区：左侧
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前胸壁下区；L3区：左侧
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侧胸壁上区；L4区：左侧
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侧胸壁下区；L5区：左侧
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背部上区；L6区：左侧
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背部下区。
[0011]所述标准度是指，可以在肺部超声图像中观察到胸膜线、A线、B线、C类征象和P类征象中任意的一种或多种。
[0012]其中，胸膜线位于2根肋骨之后5mm的位置，厚2m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.肺部超声可视化三维重建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、超声图像采集设备固定步骤，采用12个超声探头实时采集肺部12个区域的超声图像，得到肺部完整的超声图像；调整12个超声探头的位置，使得12个超声探头在其所在区域内在某一设定时间段内连续采集得到的超声图像均为合格图像；S2、数据采集步骤，12个超声探头位置固定后，通过超声图像采集设备实时获取被测者完整的肺部超声图像；所述完整的肺部超声图像包括肺部12个不同区域的超声图像；S3、数据预处理步骤，将S2步骤采集到的完整的肺部超声图像分别进行数据增强处理；S4、图像分类和图像分割处理步骤，将经过数据预处理的完整的肺部超声图像分别进行图像分类和图像分割；将图像分类结果和图像分割结果汇总在一起，将合格图像的图像分割结果输出；所述图像分类是指采用图像分类模型对S3步骤预处理后的超声图像进行分类，根据标准度分为合格图像和不合格图像；所述图像分割是指，采用图像分割模型，对S3步骤预处理后的超声图像进行图像分割，在图像中标注出A类线、B类线、C类征象和P类征象特征；具体的，采用不同颜色对不同的特征进行标注；S5、对S4步骤输出的合格图像的图像分割结果进行指标计算，其中针对A类线计算胸膜滑动速率；根据B类线计算B线数量；根据C类征象计算对应突变区域面积；根据P类征象计算对应胸腔积液面积；S6、利用VTK构建该被测者的肺部医学三维模型，根据S5步骤计算得到的各指标值，计算肺部各区域反映的气水比；在肺部医学三维模型中对应区域分别用不同形式展现肺部情况；最终将12个不同区域重建出的肺部医学三维模型整合到一起，完成肺部医学三维模型的重建；S7、根据S6步骤计算的气水比，对被测者肺部病变进行等级划分，同时将等级划分结果显示在肺部医学三维模型上。2.如权利要求1所述的肺部超声可视化三维重建方法，其特征在于：S1步骤中，超声图像采集设备固定步骤包括探头位置初设子步骤、数据采集子步骤、数据预处理子步骤、图像质控子步骤和探头位置调整步骤；S101、探头位置初设子步骤，具体是指，设置12个超声探头，将12个超声探头暂时固定在被测者身体的12个区域上，用以实时采集被测者完整的肺部超声图像，所述完整的肺部超声图像包括肺部12个不同区域的超声图像；S102、数据采集子步骤，12个超声探头实时采集肺部12个不同区域的超声图像；S103、数据预处理子步骤，将S102步骤采集到的完整的肺部超声图像分别进行图像降噪、图像裁切处理；S104、图像质控子步骤，将S103步骤预处理后的图像输入到图像分类模型中，图像分类模型依据标准度将超声图像分为合格图像和不合格图像；判断某一区域在设定时间段内连续采集的超声图像是否全部为合格图像，若全部为合格图像，则表示该区域的超声探头位置正确，将该区域对应的超声探头进行固定；若存在不合格图像，则调整该区域对应的超声探头位置并重复S102
‑
S104步骤，直至该区域在设定时间段内连续采集的超声图像均为合格图像；最终12个区域对应的超声探头在设定时间段内采集到的图像均合格，表示12个区
域对应的超声探头位置均正确。3.如权利要求1或2所述的肺部超声可视化三维重建方法，其特征在于：S6步骤中，利用VTK构建该被测者的肺部医学三维模型，具体是指：S601、将QT界面与VTK整合，读取数据源，调用VTK Source读取，标注A类线、B类线、C类征象特征和P类征象特征的一套肺部完整的超声图像数据；保存在VTK的总类或者子类中；再调取VTK filter将接收的一套完整的超声图像数据进行预处理；S602、图像实体化，通过Mapper映射器接收从VTK filter处理后的超声图像数据，将其映射为图形库中的基本图元，然后将映射的图像进行实体转化，数据由图像数据转换为图形几何数据，形成三维体数据场；S603、三维重建，将三维体数据场调用体绘制或面绘制算法进行处理，获得三维模型；S604、渲染显示，调用VTK中Render绘制和Render window绘制窗口，将三维模型在计算机平台界面中显示，同时增设可控长方体，对三维模型进行切割，获得断面信息。4.如权利要求1或2所述的肺部超声可视化三维重建方法，其特征在于：S6步骤中，根据S5步骤计算得到的各指标值，计算肺部各区域反映的气水比，具体是指，根据各区域的各指标值与各区域肺部CT图反映的气水比的对应关系计算肺部各区域反映的气水比。5.如权利要求4所述的肺部超声可视化三维重建方法，其特征在于：所述各区域的各指标值与各区域肺部CT图反映的气水比的对应关系是通过下述过程获得的：对同一病例的CT图和12个区域肺部超声图像分别进行区域匹配，分别对12个区域的超声图像的指标以及12个不同区域对应CT图区域的指标进行计算；若为A类线特征，则计算出胸膜滑动速率；若为B类线特征，则计算出B线条数；若为C类征象，则计算出实变区域面积；若为P类征象，则计算出胸腔积液面积；根据CT图计算该区域的气水比，所述气水比是指，根据CT图中该区域表层的每个体素的CT值来判断该体素是气体还是液体，再分别统计气体体素的总和和液体体素的总和，计算得到气水面积的比例，即为该区域的气水比；将各区域胸膜滑动速率和B...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹万红，杨韵沁，邹同娟，晁彦公，曾学英，康焰，王信果，秦瑶，张朝明，
申请(专利权)人：成都中创五联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：