一种超声探头校准方法技术

本发明专利技术公开了一种超声探头校准方法，包括得到超声探头在预设的探测深度下的盲区；将超声探头置于三维磁场下并获得超声探头在扫描空气时得到的第一成像图、超声探头的声透镜在与涂有耦合剂的自由传感器顶端触碰时得到的第二成像图；根据色差比值分别选取对应圆弧上最长连续色差的第一区域、第二区域，计算第一区域、第二区域的中间值坐标；根据第一区域、第二区域的中间值坐标以及盲区，计算自由传感器的顶端在第二成像图中的二维坐标并转换成待测三维坐标，根据待测三维坐标和自由传感器接收磁场的实际三维坐标建立三元方程组，计算得到超声探头在三维磁场下的修正值。本发明专利技术能够有效地降低测量误差，并提高三维定位精度。

A Calibration Method of Ultrasound Probe

The invention discloses a calibration method for ultrasonic probe, which includes obtaining the blind area of the ultrasonic probe at the preset detection depth, placing the ultrasonic probe in a three-dimensional magnetic field and obtaining the first imaging image obtained by the ultrasonic probe when scanning air, and the second imaging image obtained by the acoustic lens of the ultrasonic probe when touching the top of the free sensor coated with a coupling agent; and selecting according to the chromatic aberration ratio, respectively. The median coordinates of the first region and the second region corresponding to the longest continuous chromatic aberration on the arc are calculated. According to the median coordinates of the first region and the second region and the blind area, the two-dimensional coordinates of the top of the free sensor in the second image are calculated and converted into the three-dimensional coordinates to be measured, and the magnetic field is received according to the three-dimensional coordinates to the free sensor and the measured three-dimensional coordinates. Three-dimensional coordinates are used to establish a set of three-dimensional equations, and the corrected values of the ultrasonic probe under three-dimensional magnetic field are calculated. The invention can effectively reduce measurement error and improve three-dimensional positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种超声探头校准方法
本专利技术涉及超声
，尤其是涉及一种超声探头校准方法。
技术介绍
目前，超声诊断是利用超声波探测人体组织的图像诊断技术，具有分辨率高，实时性好，安全无创等优点，在临床图像诊断中得到广泛应用，超声图像诊断技术不断发展创新，近年来，三维超声成像逐渐成为一种重要的医疗诊断技术，通过探头获取人体组织器官的超声数据，对这些数据进行处理，得到更具真实感的组织器官的三维超声图像，三维超声具有直观显示、多角度观察等新功能，优于传统的二维超声，有着重要的应用价值。三维超声成像是由多组二维平面信息经过三维重建得来，通过空间扫描获取序列二维图像数据，测量并记录它们之间的空间位置关系，利用这些已知的空间位置关系，运用一定的插值算法恢复三维的空间数据，其中，探头扫査位置的定位是成功实现三维重建的关键因素。现有技术中，结合当前的医疗科技出现了电磁跟踪定位技术，其主要采用一种称作自由手的探头(freehand)，将传感器固定在普通超声探头上，并配套精确的接收定位机构，辅助计算探头的坐标，但是这种定位技术需要操作人员在每次使用超声探头时都需要进行人工探头校准，不仅繁琐、耗费时间，而且计算得到的特征点坐标值与其真实坐标值的误差较大，难以满足测量需求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种超声探头校准方法，以解决现有的超声探头校准误差较大的技术问题，该方法能有效地降低测量误差，从而有利于提高三维定位精度。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种超声探头校准方法，包括以下步骤：S11、通过仿组织超声体模分析得到所述超声探头在预设的探测深度下的盲区；S12、将所述超声探头置于三维磁场下，并获得所述超声探头在扫描空气时得到的第一成像图、所述超声探头的声透镜在与涂有耦合剂的自由传感器顶端触碰时得到的第二成像图；其中，所述第一成像图和所述第二成像图的色值相同；S13、选取所述第二成像图中的任意两个圆弧分别作为起始圆弧、同心圆弧，并各自计算所述起始圆弧和所述同心圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标；S14、获得所述起始圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第一色差比值，及所述同心圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第二色差比值；S15、根据所述第一色差比值对应所述起始圆弧上像素点坐标绘制第一曲线，预设用于判断色差的调节阈值，获得所述第一曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第一区域，计算所述第一区域的中间值坐标，及根据所述第二色差比值对应所述同心圆弧上像素点坐标绘制第二曲线，按照所述调节阈值，获取所述第二曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第二区域，计算所述第二区域的中间值坐标；S16、根据所述第一区域的中间值坐标、所述第二区域的中间值坐标以及所述盲区，计算所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标；S17、将所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标转换为所述三维磁场下的待测三维坐标，并获得所述自由传感器在所述三维磁场下的实际三维坐标；S18、根据所述待测三维坐标和所述实际三维坐标建立三元方程组，计算得到所述超声探头在所述三维磁场下的修正值。作为优选方案，所述步骤S17中的将所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标转换为所述三维磁场下的待测三维坐标，具体为：设定所述第二成像图的起始圆弧的中心点在所述三维磁场下的修正量为(xyz)，所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标为(mn)，所述起始圆弧中的最大纵向值的点在所述第二成像图中的二维坐标为(pq)，所述第二成像图的大小为(LW)，所述预设的探测深度为h，并在所述三维磁场中设定一个具有六自由度的定位传感器；计算所述自由传感器的顶端在所述定位传感器的坐标系中的定位三维坐标(x+(m-p)*h/(W-q)y+(n-q)*h/(W-q)z)；根据所述定位传感器相对所述三维磁场的六个自由度x1、y1、z1、a1、e1、r1，将所述定位三维坐标(x+(m-p)*h/(W-q)y+(n-q)*h/(W-q)z)通过三维坐标变换公式计算得到所述自由传感器的顶端在所述三维磁场下的待测三维坐标(x0y0z0)；其中，所述待测三维坐标(x0y0z0)的x0、y0、z0分别为：x0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(cos(e1)*cos(a1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(-cos(r1)*sin(a1)+sin(r1)*sin(e1)*cos(a1))+z*(sin(r1)*sin(a1)+cos(r1)*sin(e1)*cos(a1))+x1y0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(cos(e1)*sin(a1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(cos(r1)*cos(a1)+sin(r1)*sin(e1)*sin(a1))+z*(-sin(r1)*cos(a1)+cos(r1)*sin(e1)*sin(a1))+y1z0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(-sin(e1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(sin(r1)*cos(e1))+z*(cos(r1)*cos(e1))+z1。作为优选方案，所述步骤S17中的获得所述自由传感器在所述三维磁场下的实际三维坐标，具体为：根据所述定位传感器相对所述三维磁场的六个自由度x2、y2、z2、a2、e2、r2，计算所述自由传感器的顶端在所述三维磁场下的实际三维坐标(x'y'z')，所述实际三维坐标(x'y'z')的坐标x'、y'、z'分别为：x′＝x2+L*cos(e2*pi/180)*cos(a2*pi/180)y′＝y2+L*cos(e2*pi/180)*sin(a2*pi/180)z′＝z2-L*sin(e2*pi/180)其中，L为所述自由传感器的中心与顶端之间的距离。作为优选方案，所述根据所述待测三维坐标和所述实际三维坐标建立三元方程组，计算得到所述超声探头在所述三维磁场下的修正值，具体为：根据所述自由传感器的顶端在所述三维磁场下的待测三维坐标(x0y0z0)与所述自由传感器在所述三维磁场的实际三维坐标(x'y'z')对应相等的关系，建立关于(xyz)的方程组；计算所述方程组，得到所述超声探头在所述三维磁场下的修正值。作为优选方案，所述步骤S12中的自由传感器为外表均匀的涂有耦合剂的传感器。作为优选方案，所述步骤S13中的选取所述第二成像图中的任意两个圆弧分别作为起始圆弧、同心圆弧，并各自计算所述起始圆弧和所述同心圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标，具体为：选取所述第二成像图中的任意两个圆弧分别作为起始圆弧、同心圆弧；在所述起始圆弧上选取任意三个点，建立圆弧方程组并计算所述起始圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标；在所述同心圆弧上选取任意三个点，建立圆弧方程组并计算所述起始圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标；其中，所述起始圆弧的半径小于所述同心圆弧的半径。作为优选方案，所述方法还包括：根据所述第一色差比值、所述第二色差比值和所述调节阈值，判断所述第一成像图和所述第二成像图是否存在色差；当所述第一成像图和所述第二成像图存在色差时，执行步骤：根据所述第一色差比值对应所述起始圆弧上像素点坐标绘制第一曲线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声探头校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S11、通过仿组织超声体模分析得到所述超声探头在预设的探测深度下的盲区；S12、将所述超声探头置于三维磁场下，并获得所述超声探头在扫描空气时得到的第一成像图、所述超声探头的声透镜在与涂有耦合剂的自由传感器顶端触碰时得到的第二成像图；其中，所述第一成像图和所述第二成像图的色值相同；S13、选取所述第二成像图中的任意两个圆弧分别作为起始圆弧、同心圆弧，并各自计算所述起始圆弧和所述同心圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标；S14、获得所述起始圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第一色差比值，及所述同心圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第二色差比值；S15、根据所述第一色差比值对应所述起始圆弧上像素点坐标绘制第一曲线，预设用于判断色差的调节阈值，获得所述第一曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第一区域，计算所述第一区域的中间值坐标，及根据所述第二色差比值对应所述同心圆弧上像素点坐标绘制第二曲线，按照所述调节阈值，获取所述第二曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第二区域，计算所述第二区域的中间值坐标；S16、根据所述第一区域的中间值坐标、所述第二区域的中间值坐标以及所述盲区，计算所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标；S17、将所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标转换为所述三维磁场下的待测三维坐标，并获得所述自由传感器在所述三维磁场下的实际三维坐标；S18、根据所述待测三维坐标和所述实际三维坐标建立三元方程组，计算得到所述超声探头在所述三维磁场下的修正值。...

【技术特征摘要】
1.一种超声探头校准方法，其特征在于，包括以下步骤：S11、通过仿组织超声体模分析得到所述超声探头在预设的探测深度下的盲区；S12、将所述超声探头置于三维磁场下，并获得所述超声探头在扫描空气时得到的第一成像图、所述超声探头的声透镜在与涂有耦合剂的自由传感器顶端触碰时得到的第二成像图；其中，所述第一成像图和所述第二成像图的色值相同；S13、选取所述第二成像图中的任意两个圆弧分别作为起始圆弧、同心圆弧，并各自计算所述起始圆弧和所述同心圆弧的圆心坐标、半径和圆弧上的像素点坐标；S14、获得所述起始圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第一色差比值，及所述同心圆弧与所述第一成像图中的一对应圆弧的像素点色值的第二色差比值；S15、根据所述第一色差比值对应所述起始圆弧上像素点坐标绘制第一曲线，预设用于判断色差的调节阈值，获得所述第一曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第一区域，计算所述第一区域的中间值坐标，及根据所述第二色差比值对应所述同心圆弧上像素点坐标绘制第二曲线，按照所述调节阈值，获取所述第二曲线上存在色差的区域，并从中选取连续色差最长的第二区域，计算所述第二区域的中间值坐标；S16、根据所述第一区域的中间值坐标、所述第二区域的中间值坐标以及所述盲区，计算所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标；S17、将所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标转换为所述三维磁场下的待测三维坐标，并获得所述自由传感器在所述三维磁场下的实际三维坐标；S18、根据所述待测三维坐标和所述实际三维坐标建立三元方程组，计算得到所述超声探头在所述三维磁场下的修正值。2.如权利要求1所述的超声探头校准方法，其特征在于，所述步骤S17中的将所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标转换为所述三维磁场下的待测三维坐标，具体为：设定所述第二成像图的起始圆弧的中心点在所述三维磁场下的修正量为(xyz)，所述自由传感器的顶端在所述第二成像图中的二维坐标为(mn)，所述起始圆弧中的最大纵向值的点在所述第二成像图中的二维坐标为(pq)，所述第二成像图的大小为(LW)，所述预设的探测深度为h，并在所述三维磁场中设定一个具有六自由度的定位传感器；计算所述自由传感器的顶端在所述定位传感器的坐标系中的定位三维坐标(x+(m-p)*h/(W-q)y+(n-q)*h/(W-q)z)；根据所述定位传感器相对所述三维磁场的六个自由度x1、y1、z1、a1、e1、r1，将所述定位三维坐标(x+(m-p)*h/(W-q)y+(n-q)*h/(W-q)z)通过三维坐标变换公式计算得到所述自由传感器的顶端在所述三维磁场下的待测三维坐标(x0y0z0)；其中，所述待测三维坐标(x0y0z0)的x0、y0、z0分别为：x0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(cos(e1)*cos(a1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(-cos(r1)*sin(a1)+sin(r1)*sin(e1)*cos(a1))+z*(sin(r1)*sin(a1)+cos(r1)*sin(e1)*cos(a1))+x1y0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(cos(e1)*sin(a1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(cos(r1)*cos(a1)+sin(r1)*sin(e1)*sin(a1))+z*(-sin(r1)*cos(a1)+cos(r1)*sin(e1)*sin(a1))+y1z0＝(x+(m-p)*h/(W-q))*(-sin(e1))+(y+(n-q)*h/(W-q))*(sin(r1)*...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文宗，郑一峰，罗虎，林伙旺，梁戈，
申请(专利权)人：广州三瑞医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44