[發(fā)明專利]三維超聲系統(tǒng)及其目標(biāo)點的定位方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110180448.2
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102846337A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱磊;王廣志;李波;丁輝;朱立人
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維超聲系統(tǒng)，尤其涉及三維超聲系統(tǒng)的目標(biāo)點的定位方法和裝置。

背景技術(shù)

三維超聲系統(tǒng)在融合成像、手術(shù)導(dǎo)航、活檢和消融等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，它比二維超聲圖像更直觀，并且包含更多的時間空間形狀信息。基于自由臂(freehand)的三維超聲系統(tǒng)比機械式的三維超聲系統(tǒng)更加靈活，具有任意角度掃描，移動空間不受限制等優(yōu)點。常用的自由臂三維超聲系統(tǒng)有：基于電磁傳感器的自由臂三維超聲系統(tǒng)；基于主動光/被動光傳感器的自由臂三維超聲系統(tǒng)。三維標(biāo)定是自由臂三維超聲系統(tǒng)中重要的一個環(huán)節(jié)，是指通過某種方法或裝置，確定三維超聲系統(tǒng)中各個空間坐標(biāo)之間的變換關(guān)系。知道各個空間坐標(biāo)之間的變換關(guān)系，用超聲掃描定位目標(biāo)點，超聲平面的目標(biāo)點坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)變換，從超聲掃描空間變換到位置傳感器空間，再變換到世界空間，從而知道目標(biāo)點在世界空間的位置，為超聲融合成像、手術(shù)導(dǎo)航等提供位置信息。在超聲融合成像中重要的一步是將超聲圖像上的點與另一模態(tài)數(shù)據(jù)的點一一對應(yīng)配準(zhǔn)，其實質(zhì)是將目標(biāo)點在世界坐標(biāo)中的位置與另一模態(tài)數(shù)據(jù)中目標(biāo)點的位置對應(yīng)起來，精確獲得目標(biāo)點在世界坐標(biāo)中的位置對提高配準(zhǔn)精度有很大影響。

與三維超聲系統(tǒng)相關(guān)的聲束在三個方向具有誤差：軸向誤差，側(cè)向誤差，厚度誤差。

軸向誤差(axial)：超聲束軸線上的誤差，理論上與波長有關(guān)，只有當(dāng)兩點距離大于波長的1/2時，超聲才能分別產(chǎn)生兩個回聲，等于超聲束軸線上能分辨兩點間的最小距離。

側(cè)向誤差(lateral)：又稱橫向誤差，與軸向方向垂直的誤差，它與焦點位置，軸向深度，孔徑，超聲束直徑，多波束合成有關(guān)。橫向方向垂直于軸向方向，與軸向同在超聲掃描平面內(nèi)。

厚度誤差(elevational，thickness)：超聲平面厚度方向上的誤差，它與探頭晶振，聲透鏡的幾何形狀，軸向深度有關(guān)。厚度方向和軸向方向，側(cè)向方向相互垂直。

目前技術(shù)忽略了超聲聲場的厚度，將超聲掃描空間到位置傳感器空間的變換看做是X_usz＝0的2D平面到3D空間的變換，這里的X_usz指的超聲成像空間厚度方向(可表示為Z軸)的坐標(biāo)。

但在實際應(yīng)用中，由于超聲束本身有一定的厚度，同時超聲束遠(yuǎn)場發(fā)散性的特點使得超聲成像不是反映一個無限薄截面的情況而是有一定厚度并逐漸發(fā)散的平面，嚴(yán)格意義上，因忽略超聲聲場的厚度而引起定位的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響超聲融合成像和手術(shù)導(dǎo)航的精度。

超聲掃描時，由于探頭的物理特性決定超聲各個方向的誤差不相同。軸向和側(cè)向誤差較小，厚度方向誤差較大。在二維超聲系統(tǒng)中，主要關(guān)注的是軸向和側(cè)向誤差，對軸向和側(cè)向誤差的優(yōu)化較多，對厚度方向誤差關(guān)注較少，優(yōu)化也較少或沒有優(yōu)化。目前的自由臂三維超聲系統(tǒng)中大都沒有考慮聲場厚度因素，但是在三維超聲系統(tǒng)中厚度誤差的影響比軸向和側(cè)向誤差大很多。有些技術(shù)雖然考慮了聲場厚度因素，但其通過特殊裝置來減小厚度誤差帶來的影響，使用很不方便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題是，提供一種三維超聲系統(tǒng)及其目標(biāo)點的定位方法和裝置，將聲場厚度因素考慮進(jìn)去，對目標(biāo)點進(jìn)行標(biāo)定，提高目標(biāo)點的定位精度。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種三維超聲系統(tǒng)的目標(biāo)點定位方法，包括：

獲取超聲探頭從不同方向多次對同一目標(biāo)點進(jìn)行掃描時該目標(biāo)點在各超聲掃描空間的坐標(biāo)；

選擇一個超聲掃描空間作為參考空間，將多次掃描后得到的所有超聲掃描空間坐標(biāo)向該參考空間投影，得到各超聲掃描空間坐標(biāo)到該參考空間的變換矩陣；

根據(jù)各方向的相關(guān)測度為各次掃描數(shù)據(jù)分配權(quán)重；

根據(jù)權(quán)重和各超聲掃描空間坐標(biāo)到該參考空間的變換矩陣計算目標(biāo)點在參考空間的坐標(biāo)；

利用預(yù)先獲得的從超聲掃描空間到世界坐標(biāo)空間的變換矩陣將目標(biāo)點在參考空間的坐標(biāo)變換到世界坐標(biāo)空間。在一種實施例中，所述根據(jù)各方向的相關(guān)測度為各次掃描數(shù)據(jù)分配權(quán)重時按照以下規(guī)則：權(quán)重在軸向方向、側(cè)向方向或厚度方向上的分量，根據(jù)相對應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)測度在該方向上的投影大小確定，為相關(guān)測度投影大的方向的掃描數(shù)據(jù)分配較小權(quán)重，為相關(guān)測度投影小的方向的掃描數(shù)據(jù)分配較大權(quán)重。

目標(biāo)點在參考空間的坐標(biāo)采用以下公式計算：