[發(fā)明專利]一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010517767.7
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111789634B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊克己;張敬禹;劉天健;陳沐;朱永堅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00;A61B34/10;G06T17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、采用深度相機獲取人體背部區(qū)域的彩色圖與深度圖，重建出人體背部三維點云模型，并進行平滑處理；

B、在彩色圖繪制人體脊柱的超聲掃查軌跡，將該軌跡上的二維像素坐標點投影到三維點云模型，從而獲得軌跡的三維空間坐標點；

C、將步驟B中的得到三維空間坐標點進行分段，每段采用五次以上多項式擬合，以每兩段交點處的位置、速度、加速度對應相等作為邊界條件，以近似曲線在實際坐標點處的偏差的平方和作為代價函數(shù)，轉(zhuǎn)換為二次規(guī)劃問題，求解各段多項式的參數(shù)，從而得到一條光滑的人體脊柱掃查曲線。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟A具體包括如下步驟：

A1、采用深度相機獲取同一時刻人體背部區(qū)域的彩色圖與深度圖；

A2、利用步驟A1得到的彩色圖與深度圖以及深度相機的內(nèi)參信息重建人體背部三維點云模型；

A3、可以采用雙邊濾波算法對步驟A2得到的三維點云模型進行平滑處理。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟B具體包括如下步驟：

B1、使用OpenGL的畫筆工具手動在彩色圖人體背部區(qū)域繪制人體脊柱的超聲掃查軌跡；

B2、利用深度相機內(nèi)參信息，將超聲掃查軌跡上的二維像素坐標點投影到三維點云模型，從而獲得軌跡的三維空間坐標點，與重建人體背部三維點云模型過程一致。

4.根據(jù)權利要求1所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟C具體包括如下步驟：

C1、將步驟B中得到的軌跡的三維空間坐標點按照每五點為一組的形式分段；

C2、每段采用五次以上多項式擬合，并以兩段交點處的位置、速度、加速度對應相等作為邊界條件；

C3、以近似曲線在實際坐標點處的偏差的平方和作為代價函數(shù)，以步驟C2中的邊界條件作為約束項，轉(zhuǎn)換為具有等式約束條件的二次規(guī)劃問題，使用二次規(guī)劃求解器求解多項式的參數(shù)。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟A2利用相機內(nèi)參信息重建人體背部三維點云模型的公式具體為：

其中，μ，v是彩色圖像坐標系下的坐標值，μ₀，v₀是深度相機的標定中心，f為理想的焦距值，d是深度圖像上對應于μ，v坐標點的深度值，x_w，y_w，z_w是三維點云空間下的三維坐標值。

6.根據(jù)權利要求2所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟A3中采用雙邊濾波算法對三維點云進行平滑處理的公式具體為：

其中，p_i為濾波前的點的坐標，為濾波后的點的坐標，λ為雙邊濾波因子，為濾波前的點的法向量，N_k(p_i)表示濾波點鄰域內(nèi)的k個點所組成的集合，p_j表示鄰域內(nèi)第j點坐標，表示鄰域內(nèi)第j點的法向量，表示鄰域內(nèi)第j點的向量，表示濾波前的點的向量；W_c，W_s分別表示雙邊濾波函數(shù)的空間域和頻率域權重函數(shù)，||p_i-p_j||表示p_i-p_j的模長。

7.根據(jù)權利要求4所述的一種人體脊柱自動化超聲掃查的路徑規(guī)劃方法，其特征在于，步驟C2中每段采用多項式擬合的公式具體為：

其中，t為多項式的自變量，即每段上的點的橫坐標，i為自變量的冪，l_i為多項式中對應于t第i次冪的系數(shù)，即為多項式擬合的參數(shù)，p(t)多項式的因變量，即每段上的點的縱坐標，m為多項式的階次。