CN104215695B - 一种三维超声定位网状模板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维超声定位网状模板，包括棉线和模板框架，所述的模板框架两侧设有用于穿过棉线的通孔，所述的棉线通过通孔交叉设置在模板框架上；通过棉线交点及交点附棉线成像的趋势引导超声探头快速定位；棉线交点在模板坐标系中的坐标，亦作为图像标定算法中同源点的计算依据；同时框架侧壁内侧的穿线孔端又可作为模板标定时的标志点，通过其可获得模板标定结果，通过以上条件可得到超声图像坐标系与固定于超声探头上的跟踪器坐标系间的转换关系。与现有技术相比，本发明具有结构简单、制作简易、可提高标定速度和精度等优点。

Description

一种三维超声定位网状模板
技术领域
本发明涉及三维超声定位技术，尤其是涉及一种三维超声定位网状模板。
背景技术
三维(3-D)超声标定是超声图像3-D可视化不可缺少的关键步骤，因为手持超声探头Freehand采样，得到的是一系列非平行、不规则的二维(2-D)超声图像，只有从超声探头获取的2-D图像信息出发，计算其对应的3-D空间中的几何信息，再由此生成规则的平行图像序列，才能进行后续的三维重建和目标识别。这一定标计算过程称为3-D超声标定，其通常通过在超声探头上固定定位跟踪设备，计算该设备与超声探头扫描平面间的方位关系来实现。
标定过程必须借助几何特性已知的几何模型(通常称为模板)，其所能提供的特定图像或特征点直接决定标定过程中的交互操作与算法实现。因此模板优化设计一直是国内外学者致力研究的方向之一。1994年Detmer等人提出了单点标定方法，通过最小二乘拟合法计算点在3-D坐标系中的坐标。单点标定法能够给出很好的标定结果，但由于需要采集大量的超声图像，标定过程需要耗费大量的人力和时间。此后，针对如何简化标定操作过程，减少标定时间，2011、2009年Shu，2004年Letotta，2001年Pagoulatos，2001年Muratore，2000年Blackall，1998年Prager，等相继提出了各自的模板优化方法。但现有模板存在制作复杂、标定速度及精度不够高等缺点。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、制作简易、可提高标定速度和精度的三维超声定位网状模板。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种三维超声定位网状模板，包括棉线和模板框架，所述的模板框架两侧设有用于穿过棉线的通孔，所述的棉线通过通孔交叉设置在模板框架上；通过棉线交点及棉线交点成像的趋势引导超声探头定位，同时根据模板框架两侧的通孔获得模板标定结果，通过以上条件得到超声图像坐标系与固定于超声探头上的跟踪器坐标系间的转换关系。
所述的棉线穿过通孔在模板线框中形成上下两层网状结构。
所述的棉线的直径为0.3mm。
所述的棉线为弹性棉线。
所述的模板框架为矩形框。
所述的通孔直径为0.5mm。
所述的通孔设有12个。
所述的模板框架的两侧分别设有6个通孔。
所述的棉线平行于模板框架的底面。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明由棉线及模样框架组成，结构简单，制作简易，成本低；
2)通过本发明对坐标进行标定时，由棉线交点及其在超声图像中成像点构建空间矢量，得到坐标系转换关系，标定速度快，且标定精度与重建精度均较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中的A-A剖视图；
图3为图1中的B-B剖视图；
图4为扫描面部视图；
图2-图4中，“☆”为模板标定标志点，“⊙”为成像基准点，“○”为棉线交点截面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图3所示，一种三维超声定位网状模板，包括棉线1和模板框架2，模板框架2两侧设有用于穿过棉线的通孔3，棉线1通过通孔3交叉设置在模板框架2上。通过模板框架上的通孔进行模板标定后，通过棉线交点引导超声探头定位，扫描得到图像后，应用图像标定算法，得到超声图像坐标系与固定于超声探头上的跟踪器坐标系间的转换关系。
棉线穿过通孔在模板线框中形成上下两层网状结构。棉线的直径为0.3mm。棉线为弹性棉线，保证其在干燥和潮湿的环境中均能够保持绷紧状态，从而保证棉线的位置精度。
模板框架为矩形框，线框尺寸为150mm×40mm。模板框架的两侧分别均匀设有6个通孔，共有12个通孔，通孔直径为0.5mm。棉线平行于模板框架的底面，都平行于模板坐标系的XP-YP平面，棉线位于模板框架上端点在模板坐标系中的坐标已知，上述参数的精度通过模板及穿线孔的加工精度得以保证，模板坐标系Op如图1中所示。
进行模板标定时，在模板框架上12个穿线通孔中选择7个通孔作为模板标定标志点，选择的原则为各标志点中至少三个不能位于同一平面，保证所选的点是三维空间中的，能够描述三维空间坐标系中特征，以形成空间坐标系。同时保证各标志点位于模板坐标系原点Op的各个方向。每个通孔中心在模板坐标系中的坐标由设计给出，记为Pp。通过用固定有接收器的探针，其针尖相对于其上接收器的位置已预先标定已知，因此当针尖置于通孔中时，通过磁定位关系Tt←r可获得这些通孔在Ot中的位置坐标，记为Pt。对同源点Pp与Pt应用最小二原理进行匹配：
计算得到使来自两个不同坐标系间的同源点Pp、Pt距离最小时的最优旋转矩阵R和平移向量p，即为Tp←t＝(R，p)。
如图4所示，在完成模板标定的基础上将探针针尖放置在棉线交点上，在扫描面视图上有10个棉线交点，相邻棉线交点的距离为22.5mm，选择上层棉线中间的一个交点作为成像基准点，由棉线交点及其在超声图像中成像点构建空间矢量，根据空间矢量间的关系计算同源点坐标，最后应用同源点最小二乘匹配，得到超声图像与固定于超声探头上的跟踪器空间坐标系的转换关系。从而可以将2-D超声图像向3-D空间坐标系的定位转换。

Claims (7)

1.一种三维超声定位网状模板，其特征在于，包括棉线和模板框架，所述的模板框架两侧设有用于穿过棉线的通孔，所述的棉线通过通孔交叉设置在模板框架上，所述的棉线穿过通孔在模板框架中形成上下两层网状结构，棉线形成的N形线框的尺寸为150mm×40mm，所述的棉线平行于模板框架的底面；
进行模板标定时，在模板框架上选择模板标定标志点，选择的原则为各标志点中至少三个不能位于同一平面，同时保证各标志点位于模板坐标系原点Op的各个方向，每个通孔中心在模板坐标系中的坐标记为Pp，通过用固定有接收器的探针，探针针尖置于通孔中时，通过磁定位关系Tt←r获得这些通孔在超声图像坐标系中的位置坐标，记为Pt，对同源点Pp与Pt应用最小二原理进行匹配，计算得到来自两个不同坐标系间的同源点Pp、Pt距离最小时的最优旋转矩阵R和平移向量p，即为Tp←t＝(R,p)；
在完成模板标定的基础上将探针针尖放置在棉线交点上，选择上层棉线中间的一个棉线交点作为成像基准点，由棉线交点及其在超声图像中成像点构建空间矢量，根据空间矢量间的关系计算同源点坐标，最后应用同源点最小二乘匹配，得到超声图像与固定于超声探头上的跟踪器空间坐标系的转换关系。
2.根据权利要求1所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的棉线的直径为0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的棉线为弹性棉线。
4.根据权利要求1所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的模板框架为矩形框。
5.根据权利要求1所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的通孔直径为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的通孔设有12个。
7.根据权利要求6所述的一种三维超声定位网状模板，其特征在于，所述的模板框架的两侧分别设有6个通孔。
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