[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置、三維超聲成像系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110507599.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113349820A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬明習(xí);姜力元;張博;許磊;于建軍;郭昊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 房鑫

1.一種旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置，其特征在于：包括夾具(21)，夾具(21)的內(nèi)部開設(shè)有用于安裝超聲探頭(23)的內(nèi)腔，內(nèi)腔的壁面加工有階梯凹槽，超聲探頭(23)安裝在內(nèi)腔中被階梯凹槽限位，超聲探頭(23)的檢測端由夾具(21)的底部露出，夾具(21)的頂部連接圓形伺服電機(jī)(20)，超聲探頭(23)與圓形伺服電機(jī)(20)的軸心在同一直線上，圓形伺服電機(jī)(20)能夠帶動超聲探頭(23)旋轉(zhuǎn)；超聲探頭(23)的檢測端設(shè)置壓力監(jiān)測裝置(24)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置，其特征在于：所述的超聲探頭(23)類型包括線陣探頭、凸陣探頭和相控陣探頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置，其特征在于：所述的夾具(21)外部安裝手持套筒(22)，夾具(21)的外壁加工有夾具凹槽(26)，手持套筒(22)的內(nèi)壁設(shè)置有套筒凸起(27)，所述的套筒凸起(27)能夠卡在夾具凹槽(26)里，便于夾具(21)旋轉(zhuǎn)時手持。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置，其特征在于：所述的圓形伺服電機(jī)(20)采用光毓機(jī)電RMD-S 4015型圓形旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。

5.一種三維超聲成像系統(tǒng)，其特征在于：包括如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置(2)以及信號傳輸和處理模塊(3)、超聲成像裝置(1)和上位機(jī)(4)，所述的信號傳輸和處理模塊(3)包括一個光電隔離USB轉(zhuǎn)換器，光電隔離USB轉(zhuǎn)換器連接在上位機(jī)(4)以及旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置(2)的圓形伺服電機(jī)(20)之間；所述的旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)械裝置(2)的超聲探頭(23)以及壓力監(jiān)測裝置(24)與超聲成像裝置(1)相連。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維超聲成像系統(tǒng)，其特征在于：所述的光電隔離USB轉(zhuǎn)換器采用FTDI公司的FT232芯片。

7.一種如權(quán)利要求5或6所述三維超聲成像系統(tǒng)的成像方法，其特征在于，包括步驟：

-選擇超聲探頭(23)并固定在夾具(21)的內(nèi)腔中，超聲探頭(23)與圓形伺服電機(jī)(20)的軸心在同一直線上，且超聲探頭(23)的成像方向與圓形伺服電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)平面垂直；

-使超聲探頭(23)在適合的壓力下旋轉(zhuǎn)采集圖像信息；

-打開超聲成像裝置(1)，在上位機(jī)(4)調(diào)整電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度和掃描角度，上位機(jī)(4)發(fā)出運(yùn)動指令信號，通過光電隔離USB轉(zhuǎn)換器控制圓形伺服電機(jī)(20)作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；

-在圓形伺服電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)的同時控制超聲探頭(23)采集超聲圖像；

-將采集到的圖像與圖像間相對位置信息進(jìn)行匹配，得到二維超聲圖像序列，在空間中通過柱狀坐標(biāo)系進(jìn)行描述，然后通過空間坐標(biāo)變換將柱狀坐標(biāo)系內(nèi)的像素點(diǎn)映射到空間直角坐標(biāo)系內(nèi)，最后根據(jù)映射到空間直角坐標(biāo)系內(nèi)的像素點(diǎn)進(jìn)行圖片序列的3D顯示。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的成像方法，其特征在于：

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度和掃描角度的求取方式包括：

設(shè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度為ωrad/s，超聲圖像采集時間為ts，超聲成像設(shè)備幀率為f₀，則在超聲設(shè)備采集圖像的時間內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)了ωtrad/s，共采集了f₀t張超聲圖像，相鄰超聲圖像序列之間的角度則圖像序列間在旋轉(zhuǎn)掃描方向的分辨率為：

代入測量的探頭直徑L，計(jì)算滿足不等式中的γ最大值；

將計(jì)算的γ值和已知f₀代入計(jì)算出電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角速度ωrad/s；

將計(jì)算出的ω值代入ωt＝π，得到完成一次旋轉(zhuǎn)掃描的時間為據(jù)此得到掃描角度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的成像方法，其特征在于：

空間坐標(biāo)變換的具體方式包括：

以第一張采集到的超聲圖像的寬度方向作為直角坐標(biāo)系的X軸，其定義域?yàn)椋?x/2～x/2mm，深度方向作為直角坐標(biāo)系的Z軸，其定義域?yàn)椋?～z mm；

之后采集到的每張超聲圖像都看作是以第一張圖像的坐標(biāo)系z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋nγ得到的，其中n為采集到的第n張圖像，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為：