【技术实现步骤摘要】
本公开涉及医学影像，具体涉及一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定反方及标定系统。
技术介绍
1、介入治疗是临床诊断和治疗中的常用手段，其需要医生将穿刺针、导管等器材准确插入患者目标组织之中，比如手术麻醉或手术后止痛的外周神经阻滞。当前临床治疗中，通常使用超声成像技术对介入治疗进行引导，在引导过程中超声图像上同时显示患者体内图像和介入装置图像，医生依此判断介入装置和目标部位的相对位置关系。然而由于介入装置呈现细长状，超声成像范围仅为一个平面，因此介入装置十分容易离开超声成像平面，使医生无法准确判断介入装置位置。为了解决这一问题，人们研发了多种导航方法，通过在超声探头和介入设备上安装传感器，从而同时获取超声探头和介入设备的位姿信息，并将位姿信息通过图形界面提供给医生，使医生始终可以准确判断介入设备和目标部位的相对位姿关系。
2、近年来一种磁导航技术逐渐得到人们重视，如专利cn103945772a和cn113473916a，其原理为，在超声探头内部安装一个磁传感器阵列，该磁传感器阵列包含多个三轴磁传感器，可以实时获取三维磁场矢量，介入设备通过某种方式被磁化，可以产生稳定不变的磁场，使环境磁场出现磁异常现象，超声探头中的磁传感器阵列通过分析磁异常现象计算得到介入设备和超声探头的相对位姿关系。该磁导航方式相比于其他导航方式，具备更好的便携性和灵活性，磁传感器阵列体积十分小巧，可以内置在超声探头内且超声探头外形基本保持不变，同时介入设备上无需安装任何传感器，只需要使用磁化设备对其进行磁化即可，不必使用特定介入设备。
4、综上所述，设计一种定位精度高、操作简单快捷的包含磁传感器阵列的超声探头的标定方法及标定系统是十分有必要的。
技术实现思路
1、有鉴于此，有必要提供一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定方法及标定系统，用以克服现有技术中标定过程繁琐且标定精度较低的问题。
2、为了解决上述技术问题，本公开第一方面提供的一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定方法，所述磁传感器阵列固定在所述超声探头上，所述磁传感器阵列含有多个用于获取磁场矢量的磁传感器，所述标定方法包括以下步骤：
3、步骤1：令所述包含磁传感器阵列超声探头在空旷环境下进行随机运动，获取运动期间的磁场矢量；
4、步骤2：基于椭球体拟合方法，计算所述磁传感器阵列中各磁传感器的校正系数，并在后续磁场矢量测量中根据所述磁传感器的校正系数计算校正后的磁场矢量；
5、步骤3：将所述包含磁传感器阵列超声探头放入标定装置中，所述标定装置包括标定支座、安装于所述标定支座上并均匀分布在所述磁传感器阵列周围的若干电磁铁、安装于所述标定支座上并与所述超声探头的成像平面相交的n型线和填充于所述标定支座内且包含所述超声探头的成像范围的导声介质；
6、步骤4：控制所有电磁铁被逐个开启和关闭，每次只开启一个电磁铁，记录所述磁传感器阵列获取的每次磁场矢量；
7、步骤5：根据所述每次磁场矢量，基于最小二乘法计算所述磁传感器阵列中各磁传感器和所述标定支座主体之间的相对位姿关系，并计算所述磁传感器阵列中各磁传感器之间的相对位姿关系；
8、步骤6：利用所述超声探头获取超声图像，所述超声图像中包含所述导声介质和所述n型线截面；
9、步骤7：从所述超声图像中选取所述n型线截面的中心位置；
10、步骤8：根据所述n型线截面的中心位置以及所述磁传感器阵列和所述标定支座主体间的相对位姿关系，计算所述超声探头和所述标定支座主体间的相对位姿关系，并计算所述超声探头和所述磁传感器阵列间的相对位姿关系。
11、在一些实施例中，所述校正系数包括偏置矢量v和缩放矩阵w，将各磁传感器的磁场矢量测量值视为三维坐标，对其进行椭球体拟合，其中拟合得到的椭球体中心坐标即为磁传感器的偏置矢量v，椭球体变换为球体的系数矩阵即为磁传感器的缩放矩阵w，则对于每一个磁传感器的磁场矢量测量值根据所述校正系数得到各自校正后的磁场矢量b为：
12、在一些实施例中，所述电磁铁的个数应不少于4个，且所述电磁铁能产生相同或近似相同的磁场。
13、在一些实施例中，所述n型线包含多个n型结构，在所述n型结构中存在两条直线为平行关系，且至少存在一根直线与所述超声探头的成像平面垂直。
14、在一些实施例中，所述步骤5具体包括：
15、设i是一个不大于所述磁传感器阵列中磁传感器个数的正整数，j是一个不大于所述电磁铁个数的正整数，当第j个所述电磁铁被开启后，所述磁传感器阵列中第i个磁传感器获取的校正后的磁场矢量为tibij，上标ti表示第i个磁传感器坐标系，并记第j个所述电磁铁中心在标定支座主体坐标系下的坐标为wpj，第j个所述电磁铁中心的磁场矢量方向在所述标定支座主体坐标系下为whj，上标w表示标定支座主体坐标系；当全部电磁铁处于关闭状态时，设所述磁传感器阵列中第i个磁传感器获取的校正后的磁场矢量为tibi0；在所述标定支座主体坐标系下，第i个磁传感器测量x轴、y轴换入z轴磁场分量的测量元器件坐标分别为wpix、wpiy和wpiz，以及第i个磁传感器坐标系相对于所述标定支座主体坐标系的旋转矩阵为则第i个磁传感器测量得到第j个所述电磁铁产生的磁场矢量的理论值按照下式计算得到：
16、
17、其中，me为所述电磁铁的矫顽性系数，(·)x表示矢量的x轴分量，(·)y表示矢量的y轴分量，(·)z表示矢量的z轴分量，||·||表示矢量的二范数；
18、通过最小二乘法计算所述电磁铁的矫顽性系数me、第i个磁传感器的位姿参数wpix、wpiy、wpiz、计算公式为：
19、
20、根据第i个磁传感器的位姿参数wpix、wpiy、wpiz、得到所述磁传感器阵列中各磁传感器间的相对位姿关系。
21、在一些实施例中，所述步骤8具体包括：
22、设超声探头坐标系和超声图像坐标系{i}重合，根据所述超声探头的成像参数，设获取超声图像的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定方法，其特征在于，所述磁传感器阵列固定在所述超声探头上，所述磁传感器阵列含有多个用于获取磁场矢量的磁传感器，所述标定方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述校正系数包括偏置矢量V和缩放矩阵W，将各磁传感器的磁场矢量测量值视为三维坐标，对其进行椭球体拟合，其中拟合得到的椭球体中心坐标即为磁传感器的偏置矢量V，椭球体变换为球体的系数矩阵即为磁传感器的缩放矩阵W，则对于每一个磁传感器的磁场矢量测量值根据所述校正系数得到各自校正后的磁场矢量B为：
3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述电磁铁的个数应不少于4个，且所述电磁铁能产生相同或近似相同的磁场。
4.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述N型线包含多个N型结构，在所述N型结构中存在两条直线为平行关系，且至少存在一根直线与所述超声探头的成像平面垂直。
5.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
6.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述步骤8具体包括：p>
7.一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定系统，其特征在于，所述磁传感器阵列固定在所述超声探头上，所述磁传感器阵列含有多个用于获取磁场矢量的磁传感器，所述标定系统包括标定装置和计算模块；
8.根据权利要求7所述的标定系统，其特征在于，所述电磁铁的个数应不少于4个，且所述电磁铁能产生相同或近似相同的磁场；标定过程中，控制所有电磁铁被逐个开启和关闭，每次只开启一个电磁铁，并记录每次的磁场矢量。
9.根据权利要求7所述的标定系统，其特征在于，所述N型线包含多个N型结构，在所述N型结构中存在两条直线为平行关系，且至少存在一根直线与所述超声探头的成像平面垂直。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的标定系统，其特征在于，所述计算模块的计算过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种包含磁传感器阵列的超声探头的标定方法，其特征在于，所述磁传感器阵列固定在所述超声探头上，所述磁传感器阵列含有多个用于获取磁场矢量的磁传感器，所述标定方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述校正系数包括偏置矢量v和缩放矩阵w，将各磁传感器的磁场矢量测量值视为三维坐标，对其进行椭球体拟合，其中拟合得到的椭球体中心坐标即为磁传感器的偏置矢量v，椭球体变换为球体的系数矩阵即为磁传感器的缩放矩阵w，则对于每一个磁传感器的磁场矢量测量值根据所述校正系数得到各自校正后的磁场矢量b为：
3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述电磁铁的个数应不少于4个，且所述电磁铁能产生相同或近似相同的磁场。
4.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述n型线包含多个n型结构，在所述n型结构中存在两条直线为平行关系，且至少存在一根直线与所述超声探头的成像平面垂直。
【专利技术属性】
技术研发人员：王健发，吕逸飞，程嘉，王人成，季林红，
申请(专利权)人：北京索诺普科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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