一种超声图像的标定系统及标定方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超声图像的标定系统及标定方法，其特征在于，包括标定模型、测量设备、超声探头、探头示踪器和计算机，其中，标定模型为一无盖的立方槽体；立方槽体内放置有成像液；对应于立方槽体每两个相对的侧壁，立方槽体内相应设置有若干平行线，并产生平行线交点；立方槽体的外侧设置有能够被测量设备识别的特征点集；超声探头上固定设置有能够被测量设备识别的探头示踪器，超声探头用于获取标定模型内包括交点的超声影像；测量设备用于对探头示踪器和特征点集进行位置和方位测量；计算机用于确定超声探头获取的超声图像与探头示踪器之间的坐标关系，本发明专利技术可以广泛应用于医疗器械技术领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种超声图像的标定系统及标定方法
本专利技术是关于一种超声图像的标定系统及标定方法，属于医疗器械

技术介绍
每年，肿瘤经皮微创活检及消融介入治疗病例大于20万例，然而传统的经皮微创手术方式定位精度低，活检误诊率及治疗复发率相对较高。目前，临床常常利用CT、MRI和超声等图像引导手术导航系统来提高定位精度，超声图像引导手术导航系统因其良好的实时性、高安全性和无电离辐射等优点，开始得到越来越多地应用。但是，与其它图像引导手术导航系统存在的问题相同，超声图像引导手术导航系统需要预先标定超声图像在手术导航系统下的坐标。目前，常用的超声图像标定方法包括N线模型方法，具体是当超声探头扫描N线模型时，在超声图像上产生3个亮斑，手动或自动识别三个亮斑的坐标后，通过三个亮斑之间的距离比值，并结合标定模型的设计参数，计算出N型线与成像平面交点在设计坐标系中3D坐标，然后通过同一目标在超声图像坐标系和测量设备坐标系中的测量，完成超声图像的标定。然而，该种标定方法由于超声成像面并非理想的几何平面，造成N型线的成像并非点而是线状，该形状通过手动或自动识别存在较大误差和不确定性，导致标定精度下降。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够提高标定精度和加快标定速度的超声图像的标定系统及标定方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种超声图像的标定系统，包括标定模型、测量设备、超声探头、探头示踪器和计算机，其中，所述标定模型为一无盖的立方槽体；所述立方槽体内放置有成像液；对应于所述立方槽体每两个相对的侧壁，所述立方槽体内相应设置有若干平行线，并产生平行线交点；所述立方槽体的外侧设置有能够被所述测量设备识别的特征点集；所述超声探头上固定设置有能够被所述测量设备识别的所述探头示踪器，所述超声探头用于获取所述标定模型内包括交点的超声影像；所述测量设备用于对所述探头示踪器和特征点集进行位置和方位测量；所述计算机用于根据所述超声探头的超声影像和所述测量设备的测量数据以及已知的特征点集与平行线交点之间的位置关系，确定所述超声探头获取的超声图像与所述探头示踪器之间的坐标关系。进一步地，所述立方槽体一组相对的侧壁之间设置有三根平行线A1、A2和A3，另一组相对的侧壁之间设置有两根平行线B1和B2，线B1与线A1和线A2相交产生两个平行线交点P1和P2，线B2与线A3相交产生一个平行线交点P3，三个平行线交点P1、P2和P3位于同一铅垂面内，且以三个交点为顶点组成的三角形为不等腰直角三角形。进一步地，所述测量设备采用光学测量设备或电磁测量设备。进一步地，所述立方槽体的内壁贴附有吸波材料。进一步地，所述立方槽体内设置的平行线采用尼龙线、麻绳或金属线。进一步地，所述立方槽体内的成像液采用清水或与超声兼容的成像液。一种超声图像的标定方法，包括以下内容：1）以测量设备为基础建立一个世界坐标系；2）在立方槽体的外侧设置能够被测量设备识别的特征点集，确定特征点集坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵，并已知特征点集与标定模型内平行线交点之间的位置关系；3）计算机根据已知的位置关系和特征点集坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵，确定平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵；4）将标定模型置于测量设备的探测区域内；5）将探头示踪器固定设置在超声探头上，将超声探头置于测量设备的探测区域内，并将超声探头的下部浸于立方槽体的成像液中；6）移动超声探头直至所有平行线交点均能够在超声下成像，此时超声探头获取标定模型内的超声影像；7）保持超声探头不动，计算机根据平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵和探头示踪器在测量设备坐标系下的位置矩阵，确定超声图像中任意一点在探头示踪器坐标系下的坐标。进一步地，所述步骤3）的具体过程为：3.1）平行线交点在特征点集坐标系下的坐标分别为和计算机记录特征点集坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵并根据位置矩阵确定三个平行线交点P1、P2和P3在测量设备坐标系下的坐标为：3.2）以平行线交点P2为原点，平行线交点P2和P1为x轴，平行线交点P2和P3为y轴，建立平行线交点坐标系：Vz＝Vx×Vy其中，Vz为Vx和Vy求叉积，Vz方向垂直于Vx和Vy所在平面，符合右手坐标系原则；3.3)计算机根据平行线交点的坐标系，确定平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵为：其中，和分别为平行线交点P2在测量设备中的坐标在x、y和z分量上的值；Vxx为三个平行线交点所构成的坐标系中x轴在测量设备坐标系中x轴方向的投影长度；Vyx为三个平行线交点所构成的坐标系中y轴在测量设备坐标系中x轴方向的投影长度；Vzx为三个平行线交点所构成的坐标系中z轴在测量设备坐标系中x轴方向的投影长度；Vxy为三个平行线交点所构成的坐标系中x轴在测量设备坐标系中y轴方向的投影长度；Vyy为三个平行线交点所构成的坐标系中y轴在测量设备坐标系中y轴方向的投影长度；Vzy为三个平行线交点所构成的坐标系中z轴在测量设备坐标系中y轴方向的投影长度；Vxz为三个平行线交点所构成的坐标系中x轴在测量设备坐标系中z轴方向的投影长度；Vyz为三个平行线交点所构成的坐标系中y轴在测量设备坐标系中z轴方向的投影长度；Vzz为三个平行线交点所构成的坐标系中z轴在测量设备坐标系中z轴方向的投影长度。进一步地，所述步骤6)的具体过程为：6.1)移动超声探头直至所有平行线交点全部能够在超声下成像；6.2)微调超声探头，使得所有平行线交点中的交叉点位于超声图像的中点处，且平行线交点P2和平行线交点P1与预先画出的辅助水平线重合；6.3)此时超声探头获取标定模型内的超声影像。进一步地，所述步骤7)的具体过程为：7.1)保持超声探头不动，计算机记录此时探头示踪器在测量设备坐标系下的位置矩阵7.2)计算机根据平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵确定获取的超声图像中任意一点(U，V)在测量设备坐标系下的坐标其中，UCentre为超声图像水平分辨率的一半；VCentre为超声图像垂直分辨率的一半；FOVu为超声图像中水平方向每一像素的大小；FOVv为超声图像中垂直方向每一像素的大小；7.3)计算机根据超声图像中任意一点(U，V)在测量设备坐标系下的坐标和探头示踪器在测量设备坐标系下的位置矩阵确定超声图像中任意一点(U，V)在探头示踪器坐标系下的坐标其中，为位置矩阵的逆矩阵。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术中的标定模型设计简单、制作容易，采用常规的加工方法即可保证标定模型的立方槽体的尺寸精度。2、本专利技术采用三个交点成像的方式，成像精度高且图像容易分割，进而能够实现自动识别，且识别容易。3、在本专利技术中只存在一个未知量，即探头示踪器与超声图像之间的位置关系，降低现有技术中算法的复杂度，进而能够加快标定速度。4、本专利技术中标定模型的立方槽体内可以贴附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声图像的标定系统，其特征在于，包括标定模型、测量设备、超声探头、探头示踪器和计算机，其中，所述标定模型为一无盖的立方槽体；/n所述立方槽体内放置有成像液；对应于所述立方槽体每两个相对的侧壁，所述立方槽体内相应设置有若干平行线，并产生平行线交点；所述立方槽体的外侧设置有能够被所述测量设备识别的特征点集；/n所述超声探头上固定设置有能够被所述测量设备识别的所述探头示踪器，所述超声探头用于获取所述标定模型内包括交点的超声影像；/n所述测量设备用于对所述探头示踪器和特征点集进行位置和方位测量；/n所述计算机用于根据所述超声探头的超声影像和所述测量设备的测量数据以及已知的特征点集与平行线交点之间的位置关系，确定所述超声探头获取的超声图像与所述探头示踪器之间的坐标关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声图像的标定系统，其特征在于，包括标定模型、测量设备、超声探头、探头示踪器和计算机，其中，所述标定模型为一无盖的立方槽体；
所述立方槽体内放置有成像液；对应于所述立方槽体每两个相对的侧壁，所述立方槽体内相应设置有若干平行线，并产生平行线交点；所述立方槽体的外侧设置有能够被所述测量设备识别的特征点集；
所述超声探头上固定设置有能够被所述测量设备识别的所述探头示踪器，所述超声探头用于获取所述标定模型内包括交点的超声影像；
所述测量设备用于对所述探头示踪器和特征点集进行位置和方位测量；
所述计算机用于根据所述超声探头的超声影像和所述测量设备的测量数据以及已知的特征点集与平行线交点之间的位置关系，确定所述超声探头获取的超声图像与所述探头示踪器之间的坐标关系。


2.如权利要求1所述的一种超声图像的标定系统，其特征在于，所述立方槽体一组相对的侧壁之间设置有三根平行线A1、A2和A3，另一组相对的侧壁之间设置有两根平行线B1和B2，线B1与线A1和线A2相交产生两个平行线交点P1和P2，线B2与线A3相交产生一个平行线交点P3，三个平行线交点P1、P2和P3位于同一铅垂面内，且以三个交点为顶点组成的三角形为不等腰直角三角形。


3.如权利要求1所述的一种超声图像的标定系统，其特征在于，所述测量设备采用光学测量设备或电磁测量设备。


4.如权利要求1至3任一项所述的一种超声图像的标定系统，其特征在于，所述立方槽体的内壁贴附有吸波材料。


5.如权利要求1至3任一项所述的一种超声图像的标定系统，其特征在于，所述立方槽体内设置的平行线采用尼龙线、麻绳或金属线。


6.如权利要求1至3任一项所述的一种超声图像的标定系统，其特征在于，所述立方槽体内的成像液采用清水或与超声兼容的成像液。


7.一种超声图像的标定方法，其特征在于，包括以下内容：
1)以测量设备为基础建立一个世界坐标系；
2)在立方槽体的外侧设置能够被测量设备识别的特征点集，确定特征点集坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵，并已知特征点集与标定模型内平行线交点之间的位置关系；
3)计算机根据已知的位置关系和特征点集坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵，确定平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵；
4)将标定模型置于测量设备的探测区域内；
5)将探头示踪器固定设置在超声探头上，将超声探头置于测量设备的探测区域内，并将超声探头的下部浸于立方槽体的成像液中；
6)移动超声探头直至所有平行线交点均能够在超声下成像，此时超声探头获取标定模型内的超声影像；
7)保持超声探头不动，计算机根据平行线交点坐标系在测量设备坐标系下的位置矩阵和探头示踪器在测量设备坐标系下的位置矩阵，确定超声图像中任意一点在探头示踪器坐标系下的坐标。


8.如权利要求7所述的一种超声图像的标定方法，其特征在于，所述步骤3)的具体过程为：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，刘宝国，龙小虎，解焕南，张勤俭，李海源，
申请(专利权)人：新博医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11