[發(fā)明專利]一種超聲檢測圖像三維標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310221987.5
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN104207801A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 么嬈;陳閔葉;徐海榮;曹達(dá)敏
• 申請（專利權(quán)）人: 上海工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超聲檢測圖像三維標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

三維(3-D)超聲標(biāo)定是超聲圖像3-D可視化不可缺少的關(guān)鍵步驟，因?yàn)槭殖殖曁筋^Freehand采樣，得到的是一系列非平行、不規(guī)則的二維(2-D)超聲圖像，只有從超聲探頭獲取的2-D圖像信息出發(fā)，計(jì)算其對應(yīng)的3-D空間中的幾何信息，再由此生成規(guī)則的平行圖像序列，才能進(jìn)行后續(xù)的三維重建和目標(biāo)分割。這一定標(biāo)計(jì)算過程稱為3-D超聲標(biāo)定，其通常通過在超聲探頭上固定定位跟蹤設(shè)備，計(jì)算該設(shè)備與超聲探頭掃描平面間的方位關(guān)系來實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備可以實(shí)時記錄超聲探頭以任意方位掃描目標(biāo)時的方位信息，因此為掃描得到的一系列非平行超聲圖像提供了相應(yīng)的空間方向與位置信息。

目前常用的兩種超聲探頭定位跟蹤方法是磁定位與光學(xué)定位，本專利采用磁定位方法。而定位跟蹤設(shè)備一旦固定，其與超聲探頭掃描平面間的方位關(guān)系即已確定，這種轉(zhuǎn)換關(guān)系一般不能通過物理方法來測量，但可以表示為定位跟蹤設(shè)備坐標(biāo)相對于超聲圖像平面像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)關(guān)系(旋轉(zhuǎn)、平移和比例關(guān)系)，其數(shù)學(xué)形式為4×4矩陣。此轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)關(guān)系矩陣亦稱標(biāo)定矩陣，以往計(jì)算標(biāo)定矩陣中通過同源點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，應(yīng)用最小二乘匹配算法獲得兩個坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換矩陣。其中同源點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)依賴人工從圖像中拾取，這樣不可避免的帶來人為因素對標(biāo)定精度的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，從同源點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)能夠被自動提取的角度進(jìn)行研究，獨(dú)特之處在于應(yīng)用同源點(diǎn)的空間矢量特征關(guān)系進(jìn)行圖像坐標(biāo)的自動計(jì)算，從而提供減少算法中人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)一種標(biāo)定精度與重建精度高、標(biāo)定速度快的超聲檢測圖像三維標(biāo)定方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種超聲檢測圖像三維標(biāo)定方法，定位接收器與定位發(fā)射器連接，該方法通過模板計(jì)算固定在超聲探頭上的定位接收器坐標(biāo)系Or與探頭掃描圖像坐標(biāo)系Oi間的關(guān)系，所述的模板上設(shè)有兩層網(wǎng)狀棉線，網(wǎng)狀棉線在掃描面上有n個棉線交點(diǎn)，所述的標(biāo)定方法包括以下步驟：

1)取超聲掃描圖像中的點(diǎn)I₁作為基準(zhǔn)點(diǎn)，獲取I₁在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，I₁在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)R₁為：

R₁＝T_r←t·T_t←p·P₁

其中，P₁為基準(zhǔn)點(diǎn)I₁在模板坐標(biāo)系Op中的對應(yīng)坐標(biāo)，T_r←t為定位發(fā)射器坐標(biāo)系Ot相對于定位接收器坐標(biāo)系Or的轉(zhuǎn)換矩陣，T_t←p為模板坐標(biāo)系Op相對于定位發(fā)射器坐標(biāo)系Ot的轉(zhuǎn)換矩陣；

2)根據(jù)模板上棉線交點(diǎn)的位置在掃描圖像中拾取點(diǎn)I₂，獲得向量的方向，I₂在模板坐標(biāo)系Op中的對應(yīng)坐標(biāo)為P₂，根據(jù)P₁與P₂的距離d₁₂和的方向計(jì)算I₂在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，I₂在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)R₂為：

R₂＝T_r←t·T_t←p·P₂；

3)根據(jù)模板上棉線交點(diǎn)的位置在掃描圖像中拾取點(diǎn)I₃，I₃在模板坐標(biāo)系Op中的對應(yīng)坐標(biāo)為P₃，向量間的夾角為θ，根據(jù)和θ確定的方向，根據(jù)P₁與P₃的距離d₁₃和的方向計(jì)算I₃在探頭掃描圖像坐標(biāo)系上的坐標(biāo)，I₃在定位接收器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)R₃為：

R₃＝T_r←i·T_t←p·P₃；

4)重復(fù)步驟2)、3)，獲得掃描面上n個棉線交點(diǎn)在定位接收器坐標(biāo)系與探頭掃描圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并根據(jù)以下公式進(jìn)行同源點(diǎn)最小二乘原理匹配，獲得標(biāo)定矩陣T_r←t：