[發明專利]超聲探頭自動空間標定方法及裝置

在審

• 申請號: 202111282340.4
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN114041820A
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 楊健;武潺;付天宇;范敬凡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B8/00
• 分類號: A61B8/00
• 代理公司: 北京市中聞律師事務所 11388
• 代理人: 馮夢洪

1.超聲探頭自動空間標定方法，其特征在于：其包括以下步驟：

(1)設計一種擴展N線標定體模，通過在橫向和縱向上排布多個N線結構，增加超聲圖像中的有效基準點數量；

(2)基于擴展N線標定體模超聲圖像進行快速標定：通過斑點分割、平行線限制和基準點識別的步驟準確識別所有斑點編號，并通過非線性迭代優化方法計算出超聲探頭標定矩陣；

所述步驟(1)中，擴展N線標定體模的導線孔為三角形，設計多層并且每層上有兩個以上的N線結構，一種線為N的斜線，另一種線為N的平行線，將三維N線連接方式投影在前面板上，根據前后面板交點位置定義每條線的編號；在設計連線方式上，上下相鄰兩層的結構不重復，斜線兩端點的水平方向距離小于30mm，相鄰層之間的寬度為10mm，共有12層N線，模型中共有51根平行線和33根斜線，采用集合表示體模的l層線集，其中第i層線集中包含：個平行線w^p、個斜線w^o。

2.根據權利要求1所述的超聲探頭自動空間標定方法，其特征在于：在所述步驟(1)中，使用直徑為0.234mm的尼龍線安裝所有N線結構。

3.根據權利要求2所述的超聲探頭自動空間標定方法，其特征在于：在所述步驟(1)中，基于以下三個幾何特征，通過形態學操作和像素聚類的方式提取斑點的特征，包括位置、形態和強度

a.不同層N線交點的所在直線平行；

b.每層N線的交點中，至少有三個點共線；

c.平行線和任意位置超聲平面的交點集與平行線的二維投影點集之間都存在等比變換。

4.根據權利要求3所述的超聲探頭自動空間標定方法，其特征在于：在所述步驟(2)中，為了全面描述斑點的形態，使用二元高斯函數擬合斑點形狀，為公式(2)：

其中(x_i,y_i)是散斑中第i個像素的位置，I_i是第i個像素的強度，考慮到散斑的強度分布，該方法中μ和δ分別設置為255和10；之后，對所有聚類像素的強度呈線性總和的散斑進行評分。

5.根據權利要求4所述的超聲探頭自動空間標定方法，其特征在于：在所述步驟(2)的平行線限制中，統計兩個候選點連線與水平方向夾角在-20度到20度之間的直線簇，在這些直線簇中找出包含最多直線的角度區間，定義為主方向角度，對角度排序之后，用一個小窗口搜索，找到角度最集中的位置為平行線主方向，選擇角度窗口大小為2度；

統計所有保留直線簇的截距，使用具有噪聲的基于密度的聚類方法得到截距的聚類集合，保留斑點數量大于3的集合，利用每個集合中的斑點位置和評分計算當前集合的直線方程，并根據直線截距進行排序，從而識別到不同層N基準點所在直線，用D＝{d_ij,i∈[1,m],j∈[1,n_i]}表示圖中檢測出m層斑點集合，第i層斑點集合包含有n_i個斑點d。