[發明專利]一種基于電磁定位技術的超聲探頭標定方法與標定裝置

在審

• 申請號: 201711335458.2
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107928705A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 陸堯勝;劉高超;覃樹城
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明涉及醫學超聲成像與電磁定位、圖像處理技術融合技術領域，具體涉及一種基于電磁定位技術的超聲探頭標定方法與標定裝置。

背景技術

醫學超聲成像技術具有價格低廉、無電離輻射、實時成像且經皮無創等優點，廣泛應用于產科分娩監護領域，可輔助醫生進行胎頭位置及胎頭方位的診斷。傳統二維超聲技術只能提供胎兒斷面的二維圖像，臨床醫生主要是憑借經驗在腦中重構出胎頭的三維結構，這一過程不僅耗時、效率低，而且帶有主觀性。隨著計算機技術的發展，三維超聲圖像可以彌補這些缺陷，并提供更多、更詳細的位置信息。

目前獲取三維超聲圖像主要有3種方法:二維面陣探頭、專用一體化探頭和自由臂維超聲探頭。前兩者可以直接得到三維體的數據，但只能采集有限范圍的數據，而自由臂三維超聲的數據采集范圍則不受限。自由臂三維超聲技術可在探頭自由移動時采集數據，當移動探頭掃描人體器官時，固定在探頭上的位置傳感器記錄探頭的位置信息，所以這些二維圖像中每一個像素點都對應三維空間中的一個點。

圖像位姿的獲取可以采用機械、光學或磁場跟蹤，機械手定位占有空間大，運動不靈活，光學跟蹤容易受到遮擋，而且對光線很敏感，因此更多的是采用磁場跟蹤。在超聲探頭上安裝磁定位接收器，可以直接得到接收器相對于發射器坐標系之間的關系，位置傳感器受測量器封裝方式、超聲探頭封裝方式、固定方式等限制，超聲探頭坐標系和位置傳感器測量器坐標系不重合，兩者之間的位置關系很難借助外部設備測量得到。為了得到超聲探頭坐標系與位置傳感器測量器坐標系間的位置關系，必須對超聲探頭在位置傳感器測量器坐標系中的位置進行標定，需要通過進一步標定計算圖像與接收器坐標系之間的關系，即得到坐標變換矩陣。

傳統標定方法分為以下幾類：使用單點和交叉線模體的標定方法，使用多點和交叉線模體的標定方法，使用二維模體的標定方法，使用三垂線模體的標定方法，使用面膜體的標定方法，使用多模式配準模體的標定方法。其中最常用的標定模體主要有交叉線模體、三垂線模體、面膜體等。點式模板是通過擬合某點的測量計算位置與實際位置來進行標定,在整個水槽中只有一個目標點,這樣的話,每次捕捉到該點的難度比較大；線式和面式模板都是通過比較擬合測量計算兩點之間的線段距離和實際距離,來進行標定,線式和面式的方法都是計算點距的方式,需要的點數多,辨別也不容易。

廣泛應用的方法之一是N線模型方法，這種模型在水箱中設置許多由尼龍線組成的N形目標。當超聲平面切過這些N形目標時，每個N形靶線在圖像上產生3個亮斑。

目前，拾取亮斑的坐標、判別哪些亮斑屬于同一組N線等工作，是靠人工完成的，這種人工識別和點選亮斑標志點的方法存在一些問題。首先，識別和確定N線編號要求操作者了解N線模型的設計信息。其次，人工點選超聲圖像上的亮點坐標帶有主觀性，會引入隨機誤差。再次，為獲得較好的標定精度，往往需要獲得多幀圖像上的幾十甚至幾百個N形目標點，人工操作耗時較長，這也更增加了發生編號錯誤的概率。

因此，設計一種不依賴復雜的機械裝置、計算過程全自動化、標定流程少、通用性強且標定精度高的基于電磁定位技術的超聲探頭標定方法與標定裝置，對于提升B超在產科領域中的診斷精度有很大必要，是現有技術中亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種不依賴復雜的機械裝置、計算過程全自動化、標定流程少、通用性強且標定精度高的基于電磁定位技術的超聲探頭標定方法與標定裝置。

根據公開的實施例，本發明的第一方面公開了一種基于電磁定位技術的超聲探頭標定方法，該方法包括以下幾個步驟：

S1、超聲圖像采集，采用電磁定位與B超設備一體化實驗平臺采集超聲圖像；

S2、超聲圖像預處理，對采集的超聲圖像進行高斯濾波和二值化處理，采用自適應閾值方法進行超聲圖像標記點自動識別排序；

S3、標定矩陣求解，求解超聲圖像坐標系到電磁定位傳感器坐標系之間的坐標轉換矩陣；

在步驟S1中，用于超聲圖像采集的電磁定位與B超設備一體化實驗平臺在VS2012開發平臺搭建而成，通過調用電磁定位系統和B超設備各自的API函數，實現超聲圖像凍結和電磁定位三維數據獲取同步進行，同時實現超聲圖像增益、對比度、深度、像素坐標顯示等功能。所述的超聲圖像采集方法通過固定于超聲探頭固定支架的超聲探頭由左至右等間隔拉動采集而實現，超聲探頭浸入水面，掃描平面垂直于N線模型，標記點成像遍布整個超聲成像區域。

在步驟S2中，所述的超聲圖像預處理，包括以下步驟：