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CN116309127A - 一种帧内信号均匀性矫正方法、电子设备、存储介质 - Google Patents

一种帧内信号均匀性矫正方法、电子设备、存储介质 Download PDF

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CN116309127A
CN116309127A CN202310125604.8A CN202310125604A CN116309127A CN 116309127 A CN116309127 A CN 116309127A CN 202310125604 A CN202310125604 A CN 202310125604A CN 116309127 A CN116309127 A CN 116309127A
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CN
China
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angle
discrete data
equation
time
angle map
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Pending
Application number
CN202310125604.8A
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唐雨嘉
焦阳
杨正馨
崔崤峣
李昕泽
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Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
Original Assignee
Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
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Abstract

本发明涉及一种帧内信号均匀性矫正方法、电子设备、存储介质，包括以下步骤：通过超声激励系统控制一周内超声波信号的发射和超声波的回波信号的接收，实现等间隔均匀采样；结合磁定位系统中对换能器发射面的角度追踪信息，实时更新本旋转周内的原始时间‑角度映射图；采用均匀矫正算法对所述原始时间‑角度映射图进行处理；根据处理后的时间‑角度映射图将一个旋转周的数据排列在各角度方向上。本发明能够针对旋转磁场驱动下的介入超声成像导管的运动轨迹，解决驱动磁场中含有一定数学规律的旋转偏差角，完成图像的均匀矫正，获得准确的磁驱动介入图像。

Description

一种帧内信号均匀性矫正方法、电子设备、存储介质
技术领域
本发明涉及超声信号处理技术领域，特别涉及一种帧内信号均匀性矫正方法、电子设备、存储介质。
背景技术
目前，多数旋转成像系统中采用超声成像导管与驱动单元直接接触式的刚性连接方式，在处理超声信号时未对其分布均匀性做处理，导致超声旋转图像在角度分布上与实际情况有一定误差。
磁驱动系统下的超声成像导管旋转成像时，成像导丝在导管腔内受磁力及后端导线等摩擦力的影响，导致导丝上的单阵元换能器旋转时的角速度不均匀分布在每个角度上。但由于前端驱动系统的可控性，旋转成像单元的角速度能够有更加精确的分布，结合磁驱动的旋转系统仿真结果，目前已能够精准构建成像单元在一帧图像内的运动参数模型(即360°圆周内)，为进一步结合实际运动情况调整信号分布均匀性提供了理论基础。
超声信号处理中通常采用线性插值方法来平滑图像，使图像更加细腻。但是图像线与线之间的无差别插值，不能很好地矫正旋转超声图像的均匀性，旋转运动的角速度分布也应当是插值处理时的重点参数。综合以上所述，本发明提出一种帧内图像均匀性的矫正方法，在结合磁驱动下超声导管旋转规律的基础上，为磁驱动旋转成像提供精确的数据分布及处理方法。
发明内容
为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，本发明的第一目的是提供一种帧内信号均匀性矫正方法，包括以下步骤：
通过超声激励系统控制一周内超声波信号的发射和超声波的回波信号的接收，实现等间隔均匀采样；
结合磁定位系统中对换能器发射面的角度追踪信息，实时更新本旋转周内的原始时间-角度映射图；
采用均匀矫正算法对所述原始时间-角度映射图进行处理；
根据处理后的时间-角度映射图将一个旋转周的数据排列在各角度方向上。
进一步地，所述均匀矫正算法为样条插值方法，采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理。
进一步地，所述采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理步骤包括通过增加时间上的采样个数，对角度值分段细化计算，使最终的时间-角度映射图在预设范围内连续可导。
进一步地，所述最终的时间-角度映射图包括每条数据线占有的角度范围，以及相邻数据线之间采用的样条插值的参数。
进一步地，所述采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理步骤包括以下步骤：
对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用多次样条分段插值；
通过离散点构成的区间数和多次样条确定未知数；
通过离散数据的端点经过的多次函数、离散数据的中间点经过的多次函数确定方程；
通过离散数据的中间点处连续性确定方程；
通过假设离散数据的第一个端点对应方程的多阶导数为0确定方程；
将确定的方程联立求解出未知数。
进一步地，所述对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用多次样条分段插值包括对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用二次样条分段插值，每个二次样条为ax2+bx+c。
进一步地，所述通过离散数据的端点经过的多次函数、离散数据的中间点经过的多次函数确定方程包括通过离散数据的端点经过的二次函数、离散数据的中间点经过的二次函数确定方程。
进一步地，所述通过离散数据的中间点处连续性确定方程包括通过离散数据的中间点左右二次函数一阶导相等确定方程；
所述通过假设离散数据的第一个端点对应方程的多阶导数为0确定方程包括通过假设离散数据的第一个端点对应方程的二阶导数为0确定方程。
本发明的第二目的是提供一种电子设备，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现一种帧内信号均匀性矫正方法。
本发明的第三目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现一种帧内信号均匀性矫正方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种帧内信号均匀性矫正方法，能够针对旋转磁场驱动下的介入超声成像导管的运动轨迹，解决驱动磁场中含有一定数学规律的旋转偏差角，完成图像的均匀矫正，获得准确的磁驱动介入图像。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为实施例1的一种帧内信号均匀性矫正方法流程图；
图2为实施例1的二次样条插值原理示意图；
图3为实施例2的电子设备示意图；
图4为实施例3的存储介质示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
介入超声成像导管的运动轨迹由驱动磁场的场强分布决定，同时还受超声换能器及后端导线在导管内旋转运动产生的NERD影响，是一个受力情况复杂的场景。因此，本发明采用均匀矫正方法，通过对换能器实际收发信号中的方位信息进行分析，获得超声换能器发射表面在旋转一周过程中所有收发的角度跨越范围与时间关系分布图，并据此实时地完成当前帧图像的重建与均匀化分布，从而消除旋转磁场驱动下获得的超声图像帧内不同数据线之间的离散运动差异，并最大程度保证帧内图像的真实性。
实施例1
一种帧内信号均匀性矫正方法，结合样条插值方法，解决帧内旋转受力产生不均匀信号，从而影响后续图像质量的问题。如图1所示，具体包括以下步骤：
通过超声激励系统控制一周内超声波信号的发射和超声波的回波信号的接收，实现等间隔均匀采样；
结合磁定位系统中对换能器发射面的角度追踪信息，实时更新本旋转周内的原始时间-角度映射图；
考虑到映射图的离散性，及单个采样时间内角度值大小上下波动，采用均匀矫正算法对原始时间-角度映射图进行处理；本实施例中，均匀矫正算法为样条插值方法，采用样条插值方法对原始时间-角度映射图进行处理，通过增加时间上的采样个数，对角度值分段细化计算，使最终的时间-角度映射图在一定范围内连续可导。
样条插值方法是一种以可变样条来作出一条经过一系列点的光滑曲线的数学方法。插值样条是由一些多项式组成的，每一个多项式都是由相邻的两个数据点决定的，这样，任意的两个相邻的多项式以及它们的导数在连接点处都是连续的。
采用样条插值方法对原始时间-角度映射图进行处理，包括以下步骤：
对原始时间-角度映射图中的离散数据使用多次样条分段插值；
通过离散点构成的区间数和多次样条确定未知数；
通过离散数据的端点经过的多次函数、离散数据的中间点经过的多次函数确定方程；
通过离散数据的中间点处连续性确定方程；
通过假设离散数据的第一个端点对应方程的多阶导数为0确定方程；
将确定的方程联立求解出未知数。
在原始时间-角度映射图中，离散数据分布较为简单，使用二次样条分段插值能够满足图形曲线光滑可导的要求。如图2所示，以四个离散点x0、x1、x2、x3为例，3个区间需要3个二次样条，每个二次样条为ax2+bx+c，故总计9个未知数。求解过程如下：
①x0，x3两个端点都有一个二次函数经过，可确定2个方程；
②x1，x2两个中间点都有两个二次函数经过，可确定4个方程；
③中间点处必须连续，需要保证左右二次函数一阶导相等，
Figure BDA0004082089750000051
可确定2个方程，此时有了8个方程。
④这里假设第一方程的二阶导为0，即a1＝0，又得到一个方程，共计9个方程。联立即可求解。
由于成像环境复杂，组织结构、图像线与线之间的数值差距较大，可以采用次数更高的函数进行样条插值，以获得更加平滑的效果，遵循的计算原则同上述步骤。
根据处理后的时间-角度映射图将一个旋转周的数据准确地排列在各角度方向上。其中，最终的时间-角度映射图包括每条数据线占有的角度范围，以及相邻数据线之间采用的样条插值的参数，保证图像线与线之间在尺寸上、像素数值上的均匀过渡，图像平整度不受影响。
实施例2
一种电子设备200，如图3所示，包括但不限于：存储器201，其上存储有程序代码；处理器202，其与存储器联接，并且当程序代码被处理器执行时，实现一种帧内信号均匀性矫正方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
实施例3
一种计算机可读存储介质，如图4所示，其上存储有程序指令，程序指令被执行时实现的一种帧内信号均匀性矫正方法。关于方法的详细描述，可以参照上述方法实施例中的对应描述，在此不再赘述。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变换。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过超声激励系统控制一周内超声波信号的发射和超声波的回波信号的接收，实现等间隔均匀采样；
结合磁定位系统中对换能器发射面的角度追踪信息，实时更新本旋转周内的原始时间-角度映射图；
采用均匀矫正算法对所述原始时间-角度映射图进行处理；
根据处理后的时间-角度映射图将一个旋转周的数据排列在各角度方向上。
2.如权利要求1所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述均匀矫正算法为样条插值方法，采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理。
3.如权利要求2所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理步骤包括通过增加时间上的采样个数，对角度值分段细化计算，使最终的时间-角度映射图在预设范围内连续可导。
4.如权利要求3所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述最终的时间-角度映射图包括每条数据线占有的角度范围，以及相邻数据线之间采用的样条插值的参数。
5.如权利要求2所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述采用样条插值方法对所述原始时间-角度映射图进行处理步骤包括以下步骤：
对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用多次样条分段插值；
通过离散点构成的区间数和多次样条确定未知数；
通过离散数据的端点经过的多次函数、离散数据的中间点经过的多次函数确定方程；
通过离散数据的中间点处连续性确定方程；
通过假设离散数据的第一个端点对应方程的多阶导数为0确定方程；
将确定的方程联立求解出未知数。
6.如权利要求5所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用多次样条分段插值包括对所述原始时间-角度映射图中的离散数据使用二次样条分段插值，每个二次样条为ax2+bx+c。
7.如权利要求6所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述通过离散数据的端点经过的多次函数、离散数据的中间点经过的多次函数确定方程包括通过离散数据的端点经过的二次函数、离散数据的中间点经过的二次函数确定方程。
8.如权利要求6所述的一种帧内信号均匀性矫正方法，其特征在于：所述通过离散数据的中间点处连续性确定方程包括通过离散数据的中间点左右二次函数一阶导相等确定方程；
所述通过假设离散数据的第一个端点对应方程的多阶导数为0确定方程包括通过假设离散数据的第一个端点对应方程的二阶导数为0确定方程。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，其上存储有程序代码；处理器，其与所述存储器联接，并且当所述程序代码被所述处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序指令，所述程序指令被执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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