一种超声点云的精准模型构建方法技术

本发明专利技术涉及模型构建技术领域，且公开了一种超声点云的精准模型构建方法，包括以下步骤:S1：CT影像点云化，在术前对患者进行CT扫描，并分割出血管及囊肿，进行点云重构；S2：超声图像点云化；S3：初次重构，通过安装在机械臂上的超声探头以固定方向，沿固定路径扫描；S4：精确重构。本发明专利技术通过对超声图像进行两次重构，在精确重构过程中，利用位置补偿与轮廓补偿的方式能够构建精准的超声模型，避免由于部分容积效应会使得超声造成伪像，而在穿刺手术要求对囊肿的定位较精准，有时差之毫厘，造成严重医学事故的问题。严重医学事故的问题。严重医学事故的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超声点云的精准模型构建方法


[0001]本专利技术涉及模型构建
，具体为一种超声点云的精准模型构建方法。

技术介绍

[0002]医学图像融合技术是当今国内外研究的一个热点问题。医学成像包括X射线、超声、计算机断层成像(CT)、磁共振(MRI)单光子发射断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)、红外线、数字减影(DSA)、荧光造影等。
[0003]随着三维数据采集技术的快速发展，由激光雷达、结构光传感器和立体相机采集的点云数据得到了广泛的应用，超声影像具有容积效应，看到的超声影像并非完全精准，如在血管穿刺时，可能出现超声影像里看到穿刺针进入了血管，而实际上并没有，部分容积效应较多见于体积较小的低回声或无回声结构，比如血管，尤其是小血管，很容易受到这一效应影响，导致在穿刺的时候出现误差，医生手动穿刺情况下，需要前后移动超声探头，从探头各个方向进行确认，连续观察图像的变化判断，效率很低，因此提出一种超声点云的精准模型构建方法。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超声点云的精准模型构建方法，解决了现有的在超声点云穿刺的时候出现误差，医生手动穿刺情况下，需要前后移动超声探头，从探头各个方向进行确认，连续观察图像的变化判断，效率很低的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种超声点云的精准模型构建方法，包括以下步骤：r/>[0009]S1：CT影像点云化，在术前对患者进行CT扫描，并分割出血管及囊肿，进行点云重构；
[0010]S2：超声图像点云化，通过安装在机械臂上的超声探头不断扫描，获取实时的超声视频信息，然后获得超声视频信息对应的姿态信息，获得超声探头姿态信息(x,y,z,γ,β,α)，然后匹配超声图像与对应姿态信息，超声图像中器官的识别和识别结果显示采样，基于采样得到的器官轮廓采样点，进行三维坐标变化，获取该帧图片各轮廓点在机械臂坐标系中的实际位置，并对于稀疏点进行基于轮廓特征的插补处理，将每一个转换后的点描绘进3D空间内进行可视化显示，该空间的坐标系按照机器人坐标系设定；
[0011]S3：初次重构，通过安装在机械臂上的超声探头以固定方向，沿固定路径扫描，获取实时的超声信息，然后超声探头沿着垂直于患者皮肤地方向从左至右扫描囊肿，由于探头发射地超声束具有一定的厚度，即所获得的图像是一定厚度以内的空间回声信息的叠加图像；
[0012]S4：精确重构，基于初次重构的超声点云模型，通过反推的方式，实现对囊肿的精
确重构，精确重构时进行位置补偿和轮廓补偿。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案，所述S1中对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或囊肿，对CT图像进行组织分割，标记出血管、囊肿，重构点云图像。
[0014]进一步的，所述S2中对采集到的每帧图像，进行图像识别，提取对应的想要建立模型的器官轮廓，对器官轮廓进行的采样，得到轮廓采样点。
[0015]在前述方案的基础上，所述S2中具体的，机器人坐标系、探头坐标系和图像坐标系分别定义为{B}，{P}和{I}，{P}到{B}的转换矩阵为{I}到{P}的转换矩阵为，
[0016]在前述方案的基础上，所述S3中在已知囊肿位置的基础上，将超声探头与机械臂刚性连接，控制机械臂使得超声探头与患者皮肤呈固定夹角，沿固定路线扫描囊肿。
[0017]作为本专利技术再进一步的方案，所述S3中超声的探头厚度为d，则随着探头的平移距离为L，扫描的图像集合P的二维位置为：
[0018][0019]进一步的，所述S4中位置补偿公式为其中x
P
'为精确重构后的点集P的x轴坐标，当超声探头先接触轮廓最边缘点，按公式(1)构建点云位置，然后不再重构点云信息，直到到达目标位置，修正位置为：x
P
'＝x
p
‑
d
[0020][0021](三)有益效果
[0022]与现有技术相比，本专利技术提供了一种超声点云的精准模型构建方法，具备以下有益效果：
[0023]1、本专利技术中，通过进行配准，对患者较清晰的组织，使得超声影像与CT影像在同一坐标系下，能够快速找到囊肿的位置，为接下来的精确重构提供依据。
[0024]2、本专利技术中，通过初次构建超声点云模型，能够确定超声的运动路径与扫描方向，并对囊肿的形状有初步认识，为精确重构奠定基础。
[0025]3、本专利技术中，通过对超声图像进行两次重构，在精确重构过程中，利用位置补偿与轮廓补偿的方式能够构建精准的超声模型，避免由于部分容积效应会使得超声造成伪像，而在穿刺手术要求对囊肿的定位较精准，有时差之毫厘，造成严重医学事故的问题。
附图说明
[0026]图1为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的流程结构示意图；
[0027]图2为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的超声探头从垂直方向从左至右扫描囊肿示意图；
[0028]图3为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的扫描后的超声影像示意
图；
[0029]图4为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的经过位置补偿后的超声扫描示意图；
[0030]图5为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的超声探头摆放位置示意图；
[0031]图6为本专利技术提出的一种超声点云的精准模型构建方法的重构出的精确囊肿模型示意图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]参照图1
‑
6，一种超声点云的精准模型构建方法，包括以下步骤：
[0034]步骤1：手动寻找肿瘤位置并点云化；
[0035]步骤1
‑
1：CT影像点云化，在术前对患者进行CT扫描，并分割出血管及囊肿，进行点云重构；
[0036]步骤1
‑
2：超声图像点云化，依据超声二维图像及机械臂位姿信息建立三维点云图像；
[0037]步骤2：初次重构；
[0038]步骤2
‑
1：通过安装在机械臂上的超声探头以固定方向，沿固定路径扫描，获取实时的超声信息，具体的，在已知囊肿位置的基础上，将超声探头与机械臂刚性连接，控制机械臂使得超声探头与患者皮肤呈固定夹角，沿固定路线扫描囊肿，如图2所示，超声的成像与运动速度、探头的厚度及运动方向有关，因此需与机械臂连接以确保超声探头在扫描时沿着固定方向和固定路径；
[0039]步骤2
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声点云的精准模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：CT影像点云化，在术前对患者进行CT扫描，并分割出血管及囊肿，进行点云重构；S2：超声图像点云化，通过安装在机械臂上的超声探头不断扫描，获取实时的超声视频信息，然后获得超声视频信息对应的姿态信息，获得超声探头姿态信息(x,y,z,γ,β,α)，然后匹配超声图像与对应姿态信息，超声图像中器官的识别和识别结果显示采样，基于采样得到的器官轮廓采样点，进行三维坐标变化，获取该帧图片各轮廓点在机械臂坐标系中的实际位置，并对于稀疏点进行基于轮廓特征的插补处理，将每一个转换后的点描绘进3D空间内进行可视化显示，该空间的坐标系按照机器人坐标系设定；S3：初次重构，通过安装在机械臂上的超声探头以固定方向，沿固定路径扫描，获取实时的超声信息，然后超声探头沿着垂直于患者皮肤地方向从左至右扫描囊肿，由于探头发射地超声束具有一定的厚度，即所获得的图像是一定厚度以内的空间回声信息的叠加图像；S4：精确重构，基于初次重构的超声点云模型，通过反推的方式，实现对囊肿的精确重构，精确重构时进行位置补偿和轮廓补偿。2.根据权利要求1所述的一种超声点云的精准模型构建方法，其特征在于，所述S1中对患者进行增强CT扫描与超声扫描，扫描后工作人员基于患者CT扫描结果手动选取易识别的血管或囊肿，对CT图像进行组织...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐善，张博，陈奎，范培华，姚宇航，刘昕宇，
申请(专利权)人：无锡艾米特智能医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：