基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法及装置。该方法包括步骤：S11：采集被测对象对不同接触状态的形态响应的超声信息；S12：基于该超声信息中软组织的特征和该软组织的边界特征，识别出该超声信息中该软组织的边界位置；S13：基于该边界位置和预设的区域划分条件，确定感兴趣区和该感兴趣区内的采样子区域；S14：从选定的感兴趣区中提取该软组织的形态学参数；S15：根据该形态学参数，计算利用该至少一种软组织形态响应来表征探头接触状态的预报值；S16：将该预报值转化为随时间变化的指示信号。本发明基于现有的超声成像设备，通过采用软件技术手段，无需改动硬件即可准确计算出探头的接触状态，方便操作人员操作。

说明书

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，尤其是涉及一种基于软组织形态评估超声探头接触状态 的方法及装置。

背景技术

无论是诊断用途的超声检测或治疗用途的超声物理治疗，医用超声探头的接触状态是质 量控制的一个重要影响因素。接触状态通常包括超声探头与人体表面的压力大小和垂直度。 对于治疗性超声，疗效取决于最终进入人体的超声强度，与探头与皮肤的吻合度有关。对于 诊断性超声，探头的接触状态会显著地影响成像效果和功能性测量结果的信度。特别对于定 量超声而言，标准化作业(即保持探头与皮肤的一致压力和倾斜角度)是重复测量的前提。 定量超声是利用超声波定量地评估生物组织的结构和生理特征，正逐渐应用于临床和科研领 域。具体的例子包括：测量肝脏硬度和声衰减评估肝纤维化和脂肪变性的程度；提取肌肉结 构数据评估目标肌肉的收缩功能；测量血管形态学和血流动力学特征评估血管功能。然而， 研究和大量实践表明，探头压力会改变皮肤至肝包膜距离(skin-to-liver capsule distance,SCD), 使肝脏弹性检测的成功率下降；不同的探头作用力和倾角使超声图像中软组织被动形变，从 而低估了真实的肌肉几何结构；探头也可能挤压浅表的外周大血管，导致血管管径和管壁厚 度改变(特别是静脉)，影响测量结果和血管病变的诊断。

传统方式是以经验主义为导向的。操作者只能主观地判断探头与体表的接触状态，造成 操作的可靠性低，即表现为不同操作者的操作下或同一操作者在不同操作下所得出的结果差 异性大。以肝脏弹性检测为例，良好的弹性读数要求操作者在肋间隙施加适当的压力。纯手 动的操作无法保证探头压力能稳定在预定范围内：若压力太小，超声波和通过外部震动产生 的剪切波容易衰减，无法有效地在肝脏内传播；若压力太大，则会造成受试者不适。

一些工程学手段被用于量化探头接触状态。现有设计中，提出一种瞬时弹性检测装置， 将力传感器设置在超声换能器和振动器之间，测量施加在探头接触面的压力大小；也有利用 位置传感器获取内置弹簧的位移量，从而间接测量作用力。然而，此类方法只能通过外部设 备所获取的外在信息估算探头压力，无法反映其对被测对象的真实影响。而且，个体间存在 体型和解剖学差异：瘦弱者和肥胖者的肌肉厚度、脂肪含量和皮层紧密度不同，且不同部位 的情况也有差异。通常认为，只有当对某一被测器官施加的压力值在该器官对应的压力范围 内时，检测结果才够准确。故通用的量程和度量标准对测量不同人群和不同解剖部位并不具 有普适性。

因此，在超声检测技术领域，缺乏一种机制能够根据被测组织结构的个体差异，针对性 地指示超声探头与体表的接触状态。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术方案存在的缺陷，提供一种基于软组织形态评估超声探头 接触状态的方法。本方法采集被测对象对不同接触状态的形态响应的超声信息；根据超声图 像或信号中对应的至少一种软组织的特征及软组织边界的特征，采用信号或图像处理技术， 分别从各帧超声图像中确定所述被测对象中至少一种软组织的边界位置并确定感兴趣区；从 选定的感兴趣区中提取所述软组织的形态学参数；根据所述形态学参数，计算利用所述至少 一种软组织形态响应来表征探头接触状态的预报值；将所述预报值转化为随时间变化的指示 信号，用于实时提供超声探头与体表的接触状态信息，反馈给操作者以参与超声探头放置的 质量控制。

本发明所采用的技术方案是：第一方面，本发明提供一种基于软组织形态评估超声探头 接触状态的方法，该方法包括如下步骤：S11：采集被测对象对不同接触状态的形态响应的 超声信息；S12：基于该超声信息中软组织的特征和该软组织的边界特征，识别出该超声信 息中该软组织的边界位置；S13：基于该边界位置和预设的区域划分条件，确定感兴趣区和 该感兴趣区内的采样子区域；S14：从选定的感兴趣区中提取该软组织的形态学参数；S15： 根据该形态学参数，计算利用该至少一种软组织形态响应来表征探头接触状态的预报值； S16：将该预报值转化为随时间变化的指示信号。

其中，该S11中超声信息包含被测对象的结构成像信息，包括超声信号、一维超声图像 (A型图像和M型图像)、二维超声图像(B型图像、多普勒图像、弹性图像)和三维超声图像。

其中，该S12软组织是该被测对象中与超声探头物理性接触的一类生物组织，能够根据 自身的物理特性，对不同的接触状态作出对应程度上的形态变化，该软组织包括皮肤、皮下 脂肪、筋膜和肌肉中的至少一种，基于该超声图像中对应的至少一种软组织的特征及软组织 边界的特征，采用图像处理技术，分别识别出该软组织的边界。

其中，该S13感兴趣区包含至少一种软组织成分，即由选定的单种软组织边界所圈定， 或由多种软组织边界共同圈定的组合，该采样子区域为将选定的感兴趣区进行区域划分，获 得至少一个子区域，用于在具体空间位置上采集形态学参数。

其中，该S14软组织的形态学参数包括厚度、横断面积、羽状角和肌纤维长中的至少一 项，该感兴趣区内包含多种软组织，形态学参数是各种软组织相对应的形态学参数值的总和， 该软组织边界的识别和形态学参数的提取是基于每帧图像实时进行的，与图像显示同步。

其中，该S15预报值为形态学参数转化成至少一个利用软组织形变程度表征探头的相对 压力和相对垂直度，该预报值由形态学参数的绝对值直接替代表示，或者使用至少一个即时 的形态学参数经由数学统计学方法计算而得，包括变化率、比率、差值，或者其他经数学公 式或模型计算加工后得到的测量指标；通过预设的数学统计学方法将该形态学参数转化为预 报值，该预报值是相对值；或该预报值由该形态学参数的绝对值直接替代表示。

其中，该预报值是按照一定的权重或数学统计学方法，利用其他参数的组合计算的：该 参数包括生理参数、图像特征参数、压力参数和运动参数中的至少一项；在该参数为生理参 数时，从多普勒图像中提取该被测对象的血流速度、血流方向以及血流强度；在该参数为图 像特征参数时，从超声图像中提取颜色特征参数、纹理特征参数、形状特征参数、以及空间 关系特征参数；在该参数为压力参数时，从压力检测元器件采集的压力；在该参数为运动参 数时，从空间传感器采集的角速度、加速度、速度、角度。

其中，该S16中的指示信号为探头与被测对象体表之间压力以及垂直度的实时数据，用 于观察，包括触觉指示、听觉指示和视觉指示中至少一项，该指示信号的载体是指示器，指 示器用于输出即时的指示信号。

其中，该指示器包括软件指示器和硬件指示器，该软件指示器的类型包括通过色块、色 条、刻度盘、刻度条、灯光、读数器、曲线图、映射图或其他图表进行指示的软件指示器， 该软件指示器被设置在虚拟的用户界面的任一区域，与超声图像共同显示；该硬件指示器是 通过数值、灯光、图像、声音、震动进行指示的指示器，该硬件指示器被物理地设置在超声 硬件设备的某一位置。

其中，将该预报值与预设条件进行比较，根据瞬时比较结果生成对应的指令；

其中，根据由当前帧超声图像所计算的该预报值与预设的参考数据之间的关系，得出瞬 时比较结果，判断探头的接触状态是否满足预设条件，并根据判定结果生成对应的指令，该 步骤与S15同步进行。

其中，该将该预报值与预设条件进行比较，根据瞬时比较结果生成对应的指令的步骤之 后还包括：基于该预报值，对超声设备所获得的测量值进行补偿；

其中，该操作指令包括报警提示指令或触发采样指令；生成该指令之前的比较计算是基 于每帧超声图像实时进行的；该采样包括超声图像采集和功能性测量；该报警提示的表达形 式包括触觉提示、听觉提示和视觉提示中至少一项。

其中，该方法还包括：利用导声垫的形态响应参与探头接触状态的评估，具体地包括： S31：采集该导声垫和被测对象对不同接触状态的形态响应的超声信息；S32：根据超声图像 或信号中对应的导声垫和/或至少一种软组织的特征及导声垫和/或至少一种软组织边界的特 征，采用信号或图像处理技术，分别从各帧超声图像中确定该导声垫和/或至少一种软组织 的边界位置；S33：根据该导声垫和/或至少一种软组织的边界，以及预设的区域划分条件， 确定感兴趣区和其采样子区域；S34：从选定的感兴趣区中，提取每个采样子区域中该导声 垫和/或该软组织的形态学参数；S35：根据该形态学参数和预设的数学方法，计算利用该导 声垫和/或至少一种软组织形态响应来表征探头接触状态的预报值；S36：将该预报值转化为 随时间变化的指示信号。其中，该感兴趣区由导声垫和/或至少一种软组织边界所圈定；该 形态学参数包括导声垫和/或该软组织的厚度和横截面积。

其中，该S15预报值为形态学参数转化成至少一个利用软组织形变程度表征探头压力的 相对值和垂直度相对值的计算方法为，选用厚度作为形态学参数，厚度变化率作为预报值； 通过下述变化率公式计算预报值

其中，该S15的预报值还能够通过不同参数的组合而获得，该参数是与超声图像相关的 软组织形态学参数中的至少一项，包括，参与加权计算的参数有形态学参数x1，皮肤和皮下 脂肪的总厚度，压力参数x2，图像特征参数x3，即软组织的超声特征，运动参数x4，即探 头姿态；预报值通过加权平均数模型来计算：假设组合中有n种参数[x1,x2,x3,…,xn](n≥ 1)，每种参数各有一个权w，即[w1,w2,w3,…,wn](n≥1，wn项是常数)，那么加权平均数 是

第二方面，本发明提供一种基于软组织形态评估超声探头接触状态的装置，该装置包括： 信息获取单元：用于接收被测对象的超声信息；接触状态测量单元，包括：软组织边界识别 单元：用于根据超声图像或信号中对应的至少一种软组织的特征及软组织边界的特征，采用 信号或图像处理技术，确定该被测对象中至少一种软组织的边界位置；感兴趣区确定单元： 用于根据该所识别的软组织边界，以及预设的区域划分条件，确定感兴趣区和其采样子区域； 软组织形态量化单元：用于从选定的感兴趣区中，计算每个采样子区域中软组织的形态学参 数；相对压力计算单元：用于按照一定的数学统计学方法，将形态学参数转化为利用该至少 一种软组织形态响应来表征探头相对压力的预报值；相对垂直度计算单元：用于按照一定的 数学统计学方法，将形态学参数转化为利用该至少一种软组织形态响应来表征探头相对垂直 度的预报值；接触状态指示单元：用于将预报值转化为随时间变化的指示信号，并通过指示 器，实时提供超声探头与体表的接触状态信息。

其中，该接触状态测量单元还包括添加压力补偿单元和垂直度补偿单元，分别用于根据 该相对压力计算单元和该相对垂直度计算单元所计算的相对压力信息和相对垂直度信息，对 超声设备所获取的测量值进行补偿。

本发明的有益效果是：

该方法具备定量评估、使用方便、对用户的专业要求低等优点。本发明作为辅助功能， 只需要修改软件，无需对硬件做任何改动，就能评估超声探头的接触状态。该应用可推广至 常规的超声成像设备，大大降低了成本，促进规范化操作。它克服了传统徒手操作中主观性 强、无定量参考标准和可靠性低的缺陷，还克服了现有工程学方式中需要修改硬件和对不同 受试人群泛化性低的缺陷。

附图说明

图1是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的实施例一的流程示意图；

图2是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的实施例二的流程示意图；

图3是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的实施例三的流程示意图；

图4是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的实施例四的流程示意图；

图5是本发明上述实施例中计算探头相对压力和相对垂直度的示意图；

图6是本发明实施例上述中利用不同参数的组合计算预报值的示意图；

图7是本发明实施例三中利用导声垫参与评估超声探头接触状态的示意图；

图8是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法实施例的装置结构示意图；

图9是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法实施例的装置结构示意图；

图10是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的一应用实施例(应用于 肝脏弹性检测的质量控制)的结构示意图；

图11是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的另一应用实施例(应用 于肌骨超声定量测量的质量控制)的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

请参阅图1，图1是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的一实施例的 流程示意图。如图1所示，该方法包括步骤：

S11：采集被测对象对不同接触状态的形态响应的超声信息；

在步骤S11中，被测对象指的是能够被超声波所成像的人体或动物的任一器官。相对应 地，在超声图像或信号中可显示的生物组织包括但不局限于：皮肤、皮下脂肪、筋膜、韧带、 血管、神经和肌肉等软组织的解剖结构，及其附近的骨和具体器官等非软组织的解剖结构。

其中，接触状态包括该超声探头与该被测对象的体表之间的压力和/或垂直度。超声探 头与该被测对象的接触状态发生改变时，被测对象产生不同的形变状态。

其中，超声信息为该被测对象的结构成像信息，包括：超声信号和超声图像。其中，超 声图像包括一维超声图像(如A型图像和M型图像)、二维超声图像(如B型图像、多普 勒图像、弹性图像)和三维超声图像。非限制性地，一维超声信号和A型超声图像可反映被 测对象中软组织的一维形态，M型超声图像可反映被测对象中软组织一维形态的动态信息， B型超声图像可反映被测对象中软组织的二维形态，三维超声图像可反映被测对象中软组织的三维空间形态。

在步骤S11中，确定被测对象后，将超声探头放置在被测对象的体表皮肤上。当探头与 所选定位置的接触过程中，会导致接触点下的某类软组织发生一定程度上的形变。同时，利 用超声换能器发射超声波并接收由被测对象反射的回波信号，实时地获取所述被测对象的超 声信息。

具体地，在启动图像采集或功能性测量前，超声设备会经历如下过程：超声探头开始接 触皮肤表面，随后施加并实时地调整作用力大小和倾角以使得探头接触面与体表接触良好， 直至稳定在某一合适的接触状态或范围内。随着上述探头放置过程的进行，采集被测对象的 形态对不同接触状态所作出响应的超声图像序列。一般地，探头放置的方式包括人工手持、 胶带、绑带、固定器、粘贴式贴片等。

S12：基于所述超声信息中软组织的特征和所述软组织的边界特征，识别出所述超声信 息中所述软组织的边界位置；

在步骤S12中，该软组织为软组织，包括：皮肤、皮下脂肪、筋膜以及肌肉中的一种或 一种以上的组合。

值得说明的是，该软组织被理解为与超声探头物理性接触的一类软组织，能够根据自身 的物理特性，对不同的接触状态作出对应程度上的形态响应。在超声图像上，该软组织表现 为：位于相对浅表区域内，可被现有超声成像的空间分辨率所显示的组织结构、位置、毗邻 及其层次关系。该形态响应表现为：各种软组织层(即皮肤层、皮下脂肪层、筋膜层和肌肉 层等)的结构成像信息的变化。

具体地，通过信号和图像处理技术，对超声图像序列进行数字化、几何变换、图像增强 等预处理。如果步骤S11中采集的超声信息为超声信号，则基于所述超声信号中对应的至少 一种软组织的特征及软组织边界的特征，采用信号处理技术进行处理，分别识别出所述软组 织的边界。如果步骤S11中采集的超声信息为超声图像，基于所述超声图像中对应的至少一 种软组织的特征及软组织边界的特征，采用图像处理技术进行处理。最终，得出软组织的边 界。例如，可得出某个边界区域为皮肤区域边界，某一个边界区域为皮下脂肪区域边界，某 一个边界区域为筋膜区域边界，某一个边界区域为肌肉区域边界。

S13：基于所述边界位置和预设的区域划分条件，确定感兴趣区和所述感兴趣区内的采 样子区域；

具体地，感兴趣区被理解为包含至少一种软组织成分，即由选定的单种软组织边界所圈 定，或由多种软组织边界共同圈定的组合。圈定一个区域以便进一步处理。一般地，从解剖 学角度而言，感兴趣区指的是单种软组织的某个独立节段，或多种软组织组成的整体的某个 独立节段。从影像学角度而言，感兴趣区指的是单种软组织，或多种软组织组合的某个成像 断面。

其中，区域划分条件为预先设定的区域划分条件。根据该区域划分条件，将该感兴趣区 划分为至少一个采样子区域，该采样子区域用于在具体空间位置上采集形态学参数。

S14：从选定的感兴趣区中提取所述软组织的形态学参数；

形态学参数包括：厚度、横断面积、羽状角、肌纤维长或者体积中的一种或一种以上的 组合。根据选定的感兴趣区，获取每个采样子区域中软组织的至少一个形态学参数。

该形态学参数被理解为表征在不同的探头接触状态下，被测对象中软组织的响应和所产 生的影响。在具体实现中，若待处理图像是一维超声图像(例如A型图像和M型图像)，则 形态学参数可以是厚度；若待处理图像是二维超声图像(例如B型图像)，则形态学参数可 以是厚度、横断面积、羽状角或肌纤维长等；若待处理图像是三维超声图像，则形态学参数 为体积。对于感兴趣区内包含多种软组织的实施例，应当理解被最终确定的形态学参数是各 种软组织相对应的形态学参数值的总和。

S15：根据所述形态学参数，计算利用所述至少一种软组织形态响应来表征探头接触状 态的预报值；

在步骤S15中，基于预设的数学统计学方法将该形态学参数转化为预报值。可将该数学 统计方法抽象成一个数学公式，将该形态学参数作为该数学公式的输入参数，预报值为该数 学公式的输出值。

该预报值可以是绝对值，该预报值可以为该形态学参数的绝对值，或者使用至少一个形 态学参数经由数学统计学方法计算得到。例如：该预报值为形态学参数的绝对值的倍数，或 者该预报值为形态学参数的绝对值再加上一个常数。

优选地，该预报值是相对值，该预报值为表征探头相对压力的预报值和表征探头相对垂 直度的预报值。优选地，该预报值可以是经归一化处理后的结果，即预报值的范围在0到1 之间。非限制性的实施方式包括变化率、比率、差值或其他经数学公式或模型计算加工后得 到的测量指标。

请参阅图5，图5是计算探头相对压力和相对垂直度的示意图。图5是图1的步骤S15的一实施例的结构示意图。该预报值为基于该形态学参数相对于空载状态的形态学参数的变 化率。空载状态的形态学参数为超声探头在空载状态时，所获取的超声信息中软组织所对应 的形态学参数。可以理解地，计算变化率时，形变状态的形态学参数和空载状态的形态学参 数，应为相同区域的软组织在形变状态和在空载状态分别所对应的形态学参数。

在图5中，302为B型超声图像区域，包括感兴趣区301和位于深部的某一具体器官306。 感兴趣区301为B型超声图像302内由皮肤层303、皮下脂肪层304和一种浅肌肉层305(位 于最浅表的位置，在皮下脂肪层下方)所共同构成的一个整体。

感兴趣区301内包括数个沿所述感兴趣区长轴方向排布的采样子区域，即X

图5中307为被测对象，308为探头。给探头308施加作用力，感兴趣区301从空载状态(t0)309跃变为形变状态310(t1)，很容易看出，此时Y

若三个采样子区域采集到的预报值分别是Z1、Z2、Z3，则根据下述公式计算探头压力 相对值F：

还可以根据如下公式计算探头垂直度相对值

进一步地，该预报值也可以通过不同参数的组合而获得。具体的实施方式是结合不同维 度的参数信息，并给予一定的权重或根据各种数学统计学模型进行组合，计算综合评分。在 理想情况下，维度之间是互补完备的。

请参阅图6，图6是图1的步骤S15的另一实施例的结构示意图。如图6所示，该预报值Z由不同维度的参数信息并乘以该参数信息对应的权重而计算得到。其中，该参数中的至少一项为超声信息对应的形态学参数，即步骤S14获得的形态学参数。

其他非限制性的参数包括生理参数、图像特征参数、压力参数和运动参数等。

该生理参数指利用超声波的多普勒效应所测得的血流动力学特征，与所选定软组织的生 理活动有关，以非限制性的方式，其被理解为通过多普勒图像采集的血流速度、血流方向、 血流强度等。

该图像特征参数指利用数字图像处理技术所提取的软组织的特征及其边界的特征，识别 目标组织的相对位置信息，确保相对空间上探头放置位置的一致性。另一种实施方式是利用 图像处理技术评价超声图像质量，具体方式包括分辨率、伪影和噪声分布。例如，若耦合剂 不足时，图像质量的下降也可在一定程度上反映探头的不良接触状态；以非限制性的方式， 被理解为通过超声图像采集的颜色特征、纹理特征、形状特征、空间关系特征等。

该压力参数指利用外部设备，例如压电式力传感器、应变式力传感器或弹簧和位置传感 器的组合所记录的力学量，直接评估探头与体表的物理接触；以非限制性的方式，其被理解 为通过压力检测元器件采集的压力等。

该运动参数指利用外部设备，例如加速度计、陀螺仪或惯性测量单元所记录的动态运动 数据，解算出超声探头在三维空间的位置和运动姿态，确保相对空间上探头的物理垂直；以 非限制性的方式，其被理解为通过空间传感器采集的角速度、加速度、速度、角度等。需要 说明的是，本实施例不限定模型组合的类型和数量，以及参数的类型和数量。

其中，预报值通过加权平均数公式来计算：假设组合中有n种参数[x1,x2,x3,…,xn](n ≥1)，每种参数对应一个权重w，即[w

S16：将所述预报值转化为随时间变化的指示信号。

指示信号为探头与被测对象体表之间压力以及垂直度的实时数据，用于观察，包括触觉 指示、听觉指示和视觉指示中至少一项，所述指示信号的载体是指示器，指示器用于输出即 时的指示信号。

所述指示器包括软件指示器和硬件指示器。所述软件指示器的类型包括通过色块、色条、 刻度盘、刻度条、灯光、读数器、曲线图、映射图或其他图表进行指示的软件指示器，所述 软件指示器被设置在虚拟的用户界面的任一区域，与超声图像共同显示，

所述硬件指示器是通过数值、灯光、图像、声音、震动进行指示的指示器，所述硬件指 示器被物理地设置在超声硬件设备的某一位置。

在步骤S16中，将预报值转化成普通用户能理解的表达形式。指示过程简单易懂，无需 高深的解剖学知识和医学影像判读技能。

在本实施例中，采集被测对象在当前接触状态的形态响应的超声信息，获取该超声信息 中软组织对应的形态学参数，再基于该获取的形态学参数，计算得出表征该超声探头接触状 态的预报值，该预报值能反映出探头的接触状态(即受力状态和垂直度)。本方法实现了基 于现有的超声成像设备，采用软件技术手段，即可准确反映出探头的接触状态，方便操作人 员操作。

此外，该预报值可以为相对值，满足不同体型和解剖结构的受试人群，使指示结果具有 可比性。创造一个适应个体差异的度量标准，适用于不同解剖结构，使读数在不同人群或不 同部位间具有可比性，相较于采用基于力传感器评估探头接触压力的方法，若预报值是预设 范围(如10N～20N)内的某一压力绝对值，该参考范围对肥胖受试者适用，但很可能不适用 于非肥胖受试者。

实施例二：

请参阅图2，图2是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的第二实施例 的流程示意图。如图2所示，该方法与实施例一的方法的区别在于，还包括步骤S27：将该 预报值与预设条件进行比较，根据瞬时比较结果生成对应的指令。其中，步骤S27与步骤S25同步执行。

该预设条件可以是预设的数值(即单值K)，或者预设的数值区间范围(即由一定区间的 值K±K

生成指令之前的比较计算是基于每帧超声图像实时进行的。

该指令包括报警提示指令和/或触发操作指令。该报警提示指令用于提示操作者对探头 接触的不良或异常情况进行修正，或者提醒操作者对该被测对象手动采样。例如，该预报值 达到设定的某个阈值范围，则表明可以对被测对象进行手动采样，这样，对于操作者来说， 接收到特定的报警提示指令时，即可进行采样操作。该报警提示指令可通过听觉、触觉及视 觉等形式提示操作者。

该触发操作指令用于对该被测对象进行自动采样。采样包括超声图像采集和功能性测 量。具体地，该预报值达到设定的某个阈值范围时，则直接命令超声设备对被测对象进行自 动采样。采用自动采样的好处是：该功能避免了人工判断，提高了触发超声检测的准确性。

这里要说明的是，该采样为触发对该被测对象的超声图像采集和功能性测量(例如：瞬 时弹性测量和脉冲多普勒血流测量)。

实施例三

请参阅图3，图3是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的第三实施例 的流程示意图。该实施例的应用场景为：被测对象的皮肤表面不平整或被测对象的位置表浅， 采用导声垫不仅可以有效改善超声探头和皮肤的贴合度，还能提高近场分辨率，以增强成像 质量。在本实施例的方法实施之前，操作者先放置导声垫于被测对象的皮肤表面，并放置超 声探头于所述被测对象上方的导声垫表面。如图3所示，该方法包括步骤：

S31：采集导声垫和被测对象对不同接触状态的形态响应的超声信息；

步骤S31与实施例一的步骤S11的区别在于：该超声信息中除包括有被测对象的超声信 息，还包括有导声垫的超声信息。

S32：根据超声图像或信号中对应的导声垫和/或至少一种软组织的特征及导声垫和/或 至软组织边界的特征，采用信号或图像处理技术，分别从各帧超声图像中确定所述导声垫和 /或软组织的边界位置；

步骤S32与实施例一的步骤S12的区别在于：步骤S12获取的是超声信息中软组织对应 的形态学参数，步骤S32获取的是超声信息中导声垫对应的形态学参数，也可能是超声信息 中软组织对应的形态学参数，也可能是超声信息中软组织对应的形态学参数再加上导声垫对 应的形态学参数。

S33：根据所述导声垫和/或软组织的边界，以及预设的区域划分条件，确定感兴趣区和 其采样子区域；

步骤S33与实施例一的步骤S13的区别在于：确定的感兴趣区为导声垫对应的感兴趣区， 或者包括软组织对应的感兴趣区和导声垫对应的感兴趣区。

其中，所述感兴趣区由导声垫和/或软组织边界所圈定；所述形态学参数包括导声垫和/ 或软组织的厚度和横截面积。

S34：从选定的感兴趣区中，提取每个采样子区域中所述导声垫和/或软组织的形态学参 数；

其中，提取形态学参数的方法与实施例一的步骤S14相同。

S35：根据所述形态学参数和预设的数学方法，计算利用所述导声垫和/或软组织形态响 应来表征探头接触状态的预报值；

其中，步骤S35与实施例一的步骤S15的计算方法相同，区别点为该形态学参数可能为 导声垫对应的形态学参数，或者为包括软组织和导声垫的形态学参数的组合。

具体地，可参考图7来说明本实施例的计算方法。如图7所示，703为导声垫对应的形 态学参数(厚度)，704为软组织对应的形态学参数(厚度)。t1时刻所对应帧的B型超声图像701，为被测对象在超声探头空载状态对应的超声信息；t2时刻所对应帧的B型超声图像702，为被测对象在超声探头某一负载状态对应的超声信息。从图中可看出，从t1时刻变化到t2时刻，导声垫对应的形态学参数703和软组织对应的形态学参数704均减小。基于 t2时刻导声垫对应的形态学参数703的变化率，或者软组织对应的形态学参数704的变化率，或者两者的组合，可计算得出表征探头接触状态的预报值。在其他实施例中，t1时刻所对应的状态可以不是空载状态，而是某一负载状态下的形变状态。

S36：将所述预报值转化为随时间变化的指示信号。

在本实施例中，与实施例一的区别在于，当被测对象的表面不平整或被测对象的位置表 浅时，可以在被测对象和探头之间设置导声垫，并基于导声垫对应的形态学参数，来计算得 出表征超声探头接触状态的预报值。

实施例四：

请参阅图4，图4是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的第四实施例 的流程示意图。如图4所示，该方法与实施例二的方法的区别在于，在步骤S47之后还包括 步骤S48：基于该预报值，对超声设备所获得的测量值进行补偿。具体的功能性测量取决于 现有超声设备的硬件和算法。在非限制性实施例中，测量值可以是由瞬时弹性检测装置所测 得的肝脏弹性值。

可以理解地，该补偿方法可以是结合经验值的数学公式补偿。该预报值可以为绝对值， 也可以为相对值，例如，该相对值可以为表征探头相对压力的预报值和表征探头相对垂直度 的预报值。

在本实施例中，可基于该预报值对测量值或超声数据进行补偿，可有效消除测量值、超 声数据与实际值之间的差异。

实施例五：

请参阅图8，图8是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态方法的装置的第一实 施例的结构示意图。如图8所示，该装置包括信息获取单元501、接触状态测量单元502、 以及接触状态指示单元503。

其中接触状态测量单元502包括软组织边界识别单元504、感兴趣区确定单元505、软 组织形态量化单元506、相对压力计算单元507，相对垂直度计算单元508接触状态测量单 元502，包括：软组织边界识别单元504、感兴趣区确定单元505、软组织形态量化单元506、 相对压力计算单元507、相对垂直度计算单元508。

具体地，所述信息获取单元501，用于接收被测对象的超声信息。其中，所述超声信息 是包含软组织的结构成像信息的超声信号、一维超声图像、二维超声图像或三维超声图像。 所述接触状态测量单元502由软组织边界识别单元504、感兴趣区确定单元505、软组织形 态量化单元506、相对压力计算单元507和相对垂直度计算单元508所组成。其功能是根据 超声图像序列中的每帧图像，利用识别、聚焦、匹配、分割、特征计算等多种信号或图像处 理技术，量化图像中软组织的几何结构。其中，所述软组织边界识别单元504，用于根据超 声图像或信号中对应的至少一种软组织的特征及软组织边界的特征，采用信号或图像处理技 术，确定所述被测对象中至少一种软组织的边界位置。感兴趣区确定单元505，用于根据所 述所识别的软组织边界，以及预设的区域划分条件，确定感兴趣区和其采样子区域。所述软 组织形态量化单元505，用于计算每个采样子区域中软组织的形态学参数。相对压力计算单 元507，用于按照一定的数学统计学方法，将形态学参数转化为利用所述至少一种软组织形 态响应来表征探头相对压力的预报值。相对垂直度计算单元508，用于按照一定的数学统计 学方法，将形态学参数转化为利用所述至少一种软组织形态响应来表征探头相对垂直度的预 报值。所述接触状态显示单元503，用于将预报值转化为随时间变化的指示信号，并通过软 件指示器或硬件指示器，实时提供超声探头与体表的相对压力和相对垂直度信息。

优选地，上述单元所构成的系统可作为附属组件，整合入现有超声设备的软件中，成为 一个用于控制超声探头的实时接触状态的新功能。值得说明的是，所述整合过程无需修改任 何硬件。对于探头放置的质量控制而言，该系统属于低成本的解决方案，可及性高。

实施例六：

请参阅图9，图9是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的装置的第二实施例 的结构示意图。图9与图8的区别在于，接触状态测量单元502中分别添加压力补偿单元601、 垂直度补偿单元602、以及提醒单元603和触发单元604。

所述压力补偿单元601，用于根据所述相对压力计算单元507所计算的相对压力信息， 对测量值进行补偿。所述垂直度补偿单元602，用于根据所述相对垂直度计算单元508所计 算的相对垂直度信息，对测量值进行补偿。值得说明的是，所述测量值被理解为由现有超声 设备所获得，具体的测量功能取决于现有超声设备的硬件和算法。非限制性的实施例是补偿 由瞬时弹性检测装置所测得的肝脏弹性值。所述提醒单元603，用于判断即时的探头接触状 态是否满足预设条件，生成报警提示提醒操作者。所述触发单元604，用于向现有的超声设 备发出触发指令，指示其对被测对象执行图像采集和功能性测量。

实施例七：

请参阅图10，图10是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的一应用实 施例(应用于肝脏弹性检测的质量控制)的结构示意图。

本实施例描述了本发明适用于即时单次测量的应用场景。以超声瞬时弹性检测技术为 例，在测量肝脏弹性的过程中，操作者需将探头放置在肋间隙的体表，并增大接触压力以创 造一个能够顺利通过超声波的声学窗口；通过对肝脏组织施加一个内部(自身产生的)或外 部的激励，利用超声波追踪剪切波的传播来计算一个即时的弹性读数。不合适的探头压力不 仅会影响肝脏的超声成像质量，还会降低弹性测量的成功率和可靠性。

探头与肋间隙皮肤表面的不同接触状态会改变皮肤至肝包膜距离(skin-to-liver capsule distance,简称SCD)的数值大小。在解剖上，SCD包含了皮肤、肌肉、皮下脂肪等多种软组 织。在超声图像上，SCD指皮肤到肝包膜的直线距离，内含皮肤层、脂肪层、肋间肌层、腹 外斜肌层等多种影像解剖形态。应当理解SCD内含的软组织种类和数量不是限制的。本实 施例中，提供一种基于SCD评估超声探头接触状态的方法。某一肋间隙801可作为一个天 然的声学窗口，使用超声探头802对肝脏803等生物组织成像。若采集的是所述肝脏的一维 超声信号804，则虚线前的超声信号代表所述SCD805的信号，虚线后的超声信号代表所述 肝脏组织的信号，可利用SCD805的变化来表征探头接触状态；若采集的是所述肝脏的二维 B型超声图像806，则可利用某一断面内的SCD横断面积807来表征探头接触状态。

实施例八：

请参阅图11，图11是本发明基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法的另一应用 实施例(应用于肌骨超声定量测量的质量控制)的结构示意图。

本实施例描述了所述方法适用于连续性监测的应用场景。针对评估肌肉动态运动的超声 成像应用，超声探头901需被长时间放置或固定在某一解剖部位902的皮肤表面，用于成像 肌肉903等生物组织。若采集的是所述肌肉的二维B型超声图像904，则可利用某一断面内 软组织的整体厚度分布数据，即由皮肤层和皮下脂肪层组合的整体厚度905的位置信息，来 表征探头接触状态。不合适的探头接触状态会负面地影响应用效果。该方法可用于长期监控 肌肉在收缩过程中发生不良接触、松动或掉落的情况。值得说明的是，本实施例不限制于诊 断性超声，应当理解物理治疗性超声设备也适用。

综上，本发明提供一种基于软组织形态评估超声探头接触状态的方法及装置，与常规超 声成像方法相比，具有如下技术效果：

(1)参与超声探头放置的质量控制。通过量化的压力大小和垂直度，引导操作者实时 地控制超声探头与被测对象的接触状态，保证超声设备工作在最合适的范围之内。适用于单 次测量和连续性监测。

(2)利用内在信息评估探头接触状态。接触状态由探头位置下软组织的结构信息所获 取，直接反映探头放置对被测对象的真实影响。无需通过外部设备获取外在信息以估算接触 状态。

(3)提高可重复性：在同一操作者的不同检测时段，本发明确保了探头重复放置时作 用力和垂直度的一致性，最小化测量误差。

(4)提高再现性：对于不同操作者，本发明确保了探头重复放置时作用力和垂直度的 一致性，最小化测量误差。

(5)对操作者的经验和专业技能要求低：将复杂的超声图像数据转化成可被大多数人 理解的表达形式。指示过程简单易懂，无需掌握高深的解剖学知识和医学影像判读技能。

(6)个体化探头放置：利用相对值进行指示，满足具有不同体型和解剖结构的受试人 群，使指示结果具有可比性。

(7)使用灵活：只需向现有软件中植入特定算法以新添功能，无需改动硬件，就能使 用常规超声成像设备评估探头的接触状态。

(8)属于低成本的解决方案，适合各类超声设备。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉 本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同 的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。