CN111938699B - 一种引导使用超声设备的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引导使用超声设备的系统及方法，系统包括数据库、探头移动指导单元和超声设备引导使用单元。本发明通过建立数据库，并将实时图像与数据库中已知方位的图像进行匹配，将匹配成功的图像所对应的探头方位作为当前探头的方位，根据方位数据获取并实时显示探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离，进而实时引导使用者调整探头的方位，获取较高质量的超声图像，为快速准确诊断患者病情提供超声图像依据。
Description
技术领域
本发明涉及医用设备使用管理领域，具体涉及一种引导使用超声设备的系统及方法。
背景技术
超声成像已成为最常见的医疗成像模式，经常用于临床医学专业和生物医学研究的许多领域，以超声作为基础的临床应用数量正与日俱增。超声成像由于具有安全、非入侵检查，以及可实时显示等特点，被广泛应用于疾病诊断、健康检查等领域当中。超声波所成的图像根据成像过程中信号发射、接收以及处理方法的不同，被分为不同的模式。其中，B型超声被认为是所有其他模式超声成像的基础，也是在临床检查诊断中应用最为广泛的一种成像模式。在传统的B模式成像过程中，医生利用对超声探头的扫描位置和扫描方向不断的调整来获取人体不同部位和不同断面的图像，根据这些图像以及解剖学经验知识在头脑中构建出对应组织器官的三维形象，再结合临床经验对病人检查、诊断和手术规划。
超声操作人员培训需要花费大量时间和成本，无法满足基层医院对于超声诊断的迫切需求。现阶段超声扫描主要过程是依靠操作者引导的。病人按照操作者的引导，按照相应的姿势躺在扫描床上，操作者按照经验，找到相应器官的位置。在扫描过程中，完全依赖于操作者的熟练程度与扫描方法。熟练的超声操作者通过专业的培训学习，能有效而快速得找到相应器官标准面。但是基层医院对专业超声医生的需求量大，以及偏远地区的基层医院难以满足拥有这样熟练的超声医生。
在实际操作过程中，超声影像质量严重依赖操作者的扫描手法，难以实现统一扫查规范。中国人口基数较大，每年对超声诊断的需求量大，现阶段临床经验丰富的超声医生需求量依然很大。除超声诊断外，超声筛查的需求量大。广大人民群众每年的健康检查，疾病筛查的需求量大。操作者不够熟练可能导致不能及时发现病变，有可能耽误患者的治疗时间。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种引导使用超声设备的系统及方法解决了因超声操作人员经验不足难以获得较高超声影像的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种引导使用超声设备的系统，其包括数据库、探头移动指导单元和超声设备引导使用单元；
数据库包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像；
探头移动指导单元，用于将探头实时采集的超声图像与数据库中的超声图像进行匹配，实时获取探头的方位，并根据探头的方位获取与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
超声设备引导使用单元包括：
一级界面，包括若干脏器选项窗口，用于选取将要采集超声图像的脏器；
二级界面，包括若干标准面选项窗口，用于选取即将采集的标准面；
三级界面，包括用于实时显示探头所采集的超声图像的窗口和用于显示探头移动指导单元输出数据的窗口。
进一步地，数据库中若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像包括：
以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头所采集的该位置下0-180度的第一超声图像；
在第一超声图像的基础上，沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集得到的所有采集点处0-180度的第二超声图像；
以及以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与第一超声图像和第二超声图像相同的采集方法采集得到的第三超声图像。
进一步地，还包括超声设备介绍单元，超声设备介绍单元存储有该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式。
提供一种引导使用超声设备的方法，其包括以下步骤：
S1、建立包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库；
S2、通过超声设备引导使用单元选取将要采集超声图像的脏器，并选取即将采集的标准面；
S3、通过超声设备的探头实时获取目标脏器的超声图像，并通过超声设备引导使用单元将该超声图像进行实时显示；同时将该超声图像发送至探头移动指导单元；
S4、通过探头移动指导单元将接收到的超声图像与所选取的将要采集超声图像的脏器在数据库中对应的超声图像进行匹配，根据匹配结果实时获取探头的方位；
S5、通过探头移动指导单元根据探头的方位获取探头与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
S6、通过超声设备引导使用单元将探头移动指导单元获取的探头与标准面的距离、探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离进行显示。
进一步地，步骤S1的具体方法包括以下子步骤：
S1-1、确定目标器官，获取目标器官的标准面，建立包围目标器官的最小矩形框，判断矩形框的宽是否为二分之一探头宽度的整数倍，若是则进入步骤S1-2，否则将矩形框的宽补齐为二分之一探头宽度的整数倍，进入步骤S1-2；
S1-2、在矩形框内以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头采集该位置下0-180度的超声图像；
S1-3、沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集所有采集点处的0-180度超声图像；
S1-4、以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与步骤S1-2和S1-3相同的方法采集探头在偏向45度时、90度时、135度时和180度时的超声图像；
S1-5、将每个器官对应的所有超声图像归为一个数据集，进而得到一个包含全身脏器标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库。
进一步地，每个步骤中均嵌入有超声设备介绍单元，超声设备介绍单元用于查看该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式。
本发明的有益效果为：本发明通过建立数据库，并将实时图像与数据库中已知方位的图像进行匹配，将匹配成功的图像所对应的探头方位作为当前探头的方位，并根据方位数据获取并实时显示探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离，进而实时引导使用者调整探头的方位，获取较高质量的超声图像。
附图说明
图1为实施例中本发明的系统框图；
图2为实施例中本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该引导使用超声设备的系统包括数据库、探头移动指导单元和超声设备引导使用单元；
数据库包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像；
探头移动指导单元，用于将探头实时采集的超声图像与数据库中的超声图像进行匹配，实时获取探头的方位，并根据探头的方位获取与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
超声设备引导使用单元包括：
一级界面，包括若干脏器选项窗口，用于选取将要采集超声图像的脏器；
二级界面，包括若干标准面选项窗口，用于选取即将采集的标准面；
三级界面，包括用于实时显示探头所采集的超声图像的窗口和用于显示探头移动指导单元输出数据的窗口。
数据库中若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像包括：
以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头所采集的该位置下0-180度的第一超声图像；
在第一超声图像的基础上，沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集得到的所有采集点处0-180度的第二超声图像；
以及以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与第一超声图像和第二超声图像相同的采集方法采集得到的第三超声图像。
系统还包括嵌入在超声设备引导使用单元各级界面中的超声设备介绍单元，超声设备介绍单元存储有该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式，便于用户随时查看。
如图2所示，该引导使用超声设备的方法包括以下步骤：
S1、建立包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库；
S2、通过超声设备引导使用单元选取将要采集超声图像的脏器，并选取即将采集的标准面；
S3、通过超声设备的探头实时获取目标脏器的超声图像，并通过超声设备引导使用单元将该超声图像进行实时显示；同时将该超声图像发送至探头移动指导单元；
S4、通过探头移动指导单元将接收到的超声图像与所选取的将要采集超声图像的脏器在数据库中对应的超声图像进行匹配，根据匹配结果实时获取探头的方位；
S5、通过探头移动指导单元根据探头的方位获取探头与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
S6、通过超声设备引导使用单元将探头移动指导单元获取的探头与标准面的距离、探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离进行显示。
步骤S1的具体方法包括以下子步骤：
S1-1、确定目标器官，获取目标器官的标准面，建立包围目标器官的最小矩形框，判断矩形框的宽是否为二分之一探头宽度的整数倍，若是则进入步骤S1-2，否则将矩形框的宽补齐为二分之一探头宽度的整数倍，进入步骤S1-2；
S1-2、在矩形框内以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头采集该位置下0-180度的超声图像；
S1-3、沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集所有采集点处的0-180度超声图像；
S1-4、以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与步骤S1-2和S1-3相同的方法采集探头在偏向45度时、90度时、135度时和180度时的超声图像；
S1-5、将每个器官对应的所有超声图像归为一个数据集，进而得到一个包含全身脏器标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库。
在本发明的一个实施例中，每个步骤中均嵌入有超声设备介绍单元，超声设备介绍单元存储有该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式，当使用者遇到问题或者设备故障时，可以通过点击超声设备介绍单元来查阅使用说明或故障解决方法，当无法解决时，可以通过应急联系方法向外获取帮助。
在具体实施过程，数据库中的图像可以按照不同的年龄、性别、体重及身高等来进行数据分类完善，并在超声设备引导使用单元的一级界面中增加年龄、性别、体重及身高等选项，该方式可以提前挑选数据库中用于匹配的超声图像，进而减小匹配运算量，提高匹配速度。
在实际测量过程中，将实际探头测得的图像与数据库中的标准面利用互信息进行图像配准。标准面与实时超声图像均由同一仪器采集，图像大小一致，若不一致可调整屏幕分辨率。采集到的图像与相应标准面对应的数据库中的图片计算互信息，遍历这部分的图像，算得的互信息值最大时，即得到了与之对应的数据库中的图片。由于每次图像与数据库中所有图像配准计算方法一致，因此我们可以使用GPU加速计算以达到实时的效果。
由于人体脏器的形状、大小基本相同，且病变区域所占面积通常较小，因此超声图像中会存在大量特征相同的数据，探头移动指导单元可以通过图像特征匹配的方式来进行超声图像的匹配，该图像特征匹配方法可以采用的现有技术众多，本申请不再赘述。
综上所述，本发明通过建立数据库，并将实时图像与数据库中已知方位的图像进行匹配，将匹配成功的图像所对应的探头方位作为当前探头的方位，根据方位数据获取并实时显示探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离，进而实时引导使用者调整探头的方位，获取较高质量的超声图像，为快速准确诊断患者病情提供超声图像依据。
Claims (4)
1.一种引导使用超声设备的系统，其特征在于，包括数据库、探头移动指导单元和超声设备引导使用单元，所述数据库和超声设备引导使用单元相互连接；
所述数据库包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像；
所述探头移动指导单元，用于将探头实时采集的超声图像与数据库中的超声图像进行匹配，实时获取探头的方位，并根据探头的方位获取与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
所述超声设备引导使用单元包括：
一级界面，包括若干脏器选项窗口，用于选取将要采集超声图像的脏器；
二级界面，包括若干标准面选项窗口，用于选取即将采集的标准面；
三级界面，包括用于实时显示探头所采集的超声图像的窗口和用于显示探头移动指导单元输出数据的窗口；
所述数据库中若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像包括：
以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头所采集的该位置下0-180度的第一超声图像；
在第一超声图像的基础上，沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集得到的所有采集点处0-180度的第二超声图像；
以及以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与第一超声图像和第二超声图像相同的采集方法采集得到的第三超声图像。
2.根据权利要求1所述的引导使用超声设备的系统，其特征在于，还包括超声设备介绍单元，所述超声设备介绍单元存储有该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式。
3.一种引导使用超声设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立包含全身脏器的标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库；
S2、通过超声设备引导使用单元选取将要采集超声图像的脏器，并选取即将采集的标准面；
S3、通过超声设备的探头实时获取目标脏器的超声图像，并通过超声设备引导使用单元将该超声图像进行实时显示；同时将该超声图像发送至探头移动指导单元；
S4、通过探头移动指导单元将接收到的超声图像与所选取的将要采集超声图像的脏器在数据库中对应的超声图像进行匹配，根据匹配结果实时获取探头的方位；
S5、通过探头移动指导单元根据探头的方位获取探头与标准面的距离，以及探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离；
S6、通过超声设备引导使用单元将探头移动指导单元获取的探头与标准面的距离、探头所要采集到标准面所需移动的方向和距离进行显示；
所述步骤S1的具体方法包括以下子步骤：
S1-1、确定目标器官，获取目标器官的标准面，建立包围目标器官的最小矩形框，判断矩形框的宽是否为二分之一探头宽度的整数倍，若是则进入步骤S1-2，否则将矩形框的宽补齐为二分之一探头宽度的整数倍，进入步骤S1-2；
S1-2、在矩形框内以目标器官的每一个标准面为起点，将超声设备的探头保持垂直接触，并记录该探头的位置；以压电陶瓷平面为基点，前后10度为间距，移动探头采集该位置下0-180度的超声图像；
S1-3、沿直线轨迹将探头向正方向移动，并以1cm为采集点间隔距离，采集所有采集点处的0-180度超声图像；
S1-4、以45度为探头偏向间隔调整探头的方位，采用与步骤S1-2和S1-3相同的方法采集探头在偏向45度时、90度时、135度时和180度时的超声图像；
S1-5、将每个器官对应的所有超声图像归为一个数据集，进而得到一个包含全身脏器标准面，以及若干与脏器对应的、已知探头方位的超声图像的数据库。
4.根据权利要求3所述的引导使用超声设备的方法，其特征在于，每个步骤中均嵌入有超声设备介绍单元，所述超声设备介绍单元用于查看该设备的使用说明书、故障解决方法和应急联系方式。
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