CN111950639B - 一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法，通过在普通的超声探头上安装3D定位装置，并在被采集人体上粘贴定位贴片，从而将被采集人体的3D位置，与数字人图像的3D位置对应起来，从而达到同时查看超声图像和对应数字人切片图像的目的。本发明能够迅速将人体超声切片与电子数据模型进行匹配，使用方便，适用装置简单。

Description

一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法

技术领域

本发明涉及数据模型领域，尤其涉及一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法。

背景技术

在目前的医疗成像技术中，具有多种将人体成像与数据模型匹配、结合的技术，进而使成像结果更加形象，方便为患者讲解病情，广泛应用于教育、研究等领域。

但是现有技术中对于人体成像与数据模型的匹配较为复杂，通常需要对图像多次处理，坐标换算较为复杂，需要设置专业的成像设备，成本高，使用复杂。

发明内容

本发明旨在提供一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法，迅速将人体超声切片与电子数据模型进行匹配，使用方便，适用装置简单。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法，包括以下步骤：

S1、构建数字人体模型，数字人体模型位于数字3D坐标系内；

S2、在被采集数据的人体表面特定位置设定感应点，收集感应点在定位装置坐标系下的3D坐标组P，记做p₁，p₂，...，p_n；

S3、寻找数字人体模型表面对应特定位置的点的坐标组P′，记做p′₁，p′₂，...，p′_n；

S4、使用最小二乘法，计算转换矩阵T，使得p′₁＝T*p₁，p′₂＝T*p₂，...，p′_n＝T*p_n；

S5、通过定位装置坐标系中的位置s，计算得到数字3D坐标系中的位置s′，s′＝T*s：

S6、获取采集数据的人体的超声图像，将超声图像与切片图像匹配，即根据数字3D坐标系中的位置s′，从数字人体模型中计算该位置的切片图像。

优选的，步骤S2中，通过在人体表面设置贴片，使用自由度为6的感应装置确定贴片坐标，感应装置通过电磁感应或者光学感应定位贴片。

优选的，被采集数据的人体所在环境设有多个坐标基准点。

优选的，步骤S2中，特定位置包括骨骼端部、肚脐，特定位置数量≥3个。

优选的，步骤S1中，数字人体模型为卧位，数字人体模型为沿身高方向设置的多个横截面图像组成，横截面图像之间的距离为d，每张横截面图中相邻像素之间的距离为q。

优选的，步骤S6中，超声图像中第i个像素的坐标为(x_i，y_i，z_i)，其对应第m张切片图像，

其中z₀为数字人体模型在Z轴方向上的第一张图片，

第m张切片图像中对应像素的坐标为(x′_i，y′_i)，

其中，(x₀，y₀)为切片图像中的原点坐标。

优选的，步骤S2中，人体表面为手臂部表面、手掌部表面、腿部表面、足部表面、躯干部表面中的任一。

优选的，使用计算机视觉技术，对被采集数据的人体进行人体关节位置的识别，确定人体轮廓。

本发明的有益效果：

1、本发明能够迅速将人体超声切片与电子数据模型进行匹配。

2、本发明适配方法简单，适配精度损失较小。

3、本发明在针对局部人体适配时，使用方便，速度快。

附图说明

图1为本发明数字人体模型中切片图像排列的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明包括以下步骤：

S1、构建数字人体模型，数字人体模型位于数字3D坐标系内；

S2、在被采集数据的人体表面特定位置设定感应点，收集感应点在定位装置坐标系下的3D坐标组P，记做p₁，p₂，...，p_n；

S3、寻找数字人体模型表面对应特定位置的点的坐标组P′，记做p′₁，p′₂，...，p′_n；

S4、使用最小二乘法，计算转换矩阵T，使得p′₁＝T*p₁，p′₂＝T*p₂，...，p′_n＝T*p_n；

S5、通过定位装置坐标系中的位置s，计算得到数字3D坐标系中的位置s′，s′＝T*s；

S6、获取采集数据的人体的超声图像，将超声图像与切片图像匹配，即根据数字3D坐标系中的位置s′，从数字人体模型中计算该位置的切片图像。

步骤S2中，通过在人体表面设置贴片，在超声探头上，安装3D定位装置，3D定位装置为电磁定位装置或光学定位装置，6自由度。在采集超声图像的过程中，能够实时的拿到每张图像在3D空间中的位置和角度，记作s，该位置和角度，都是相对于3D定位装置的坐标系。

步骤S2中，特定位置包括骨骼端部、肚脐，特定位置数量≥3个，不在同一条直线上的3个点可以实现标定。标定是指尽量将数字人模型与真实人体的位置进行匹配。比如，我们选择的三个点是头顶上一个点，两只手的中止指尖各一个点，那么我们所谓的“标定”，就是将真人的头顶这个点的坐标，与数字人的头顶点坐标尽量重合，真人的两个指尖的点与数字人两个指尖的点尽量重合，由于人体形状具有差异，不可能完全重合，完成标定后，3个点就已经固定了人体的位置了。当然，选取的点越多，通过取最小方差的形式，使得标定的平均误差越小。

如图1所示，步骤S1中，数字人体模型为卧位，数字人体模型为沿身高方向设置的多个横截面图像组成，横截面图像之间的距离为d，每张横截面图中相邻像素之间的距离为q。

步骤S6中，超声图像中第i个像素的坐标为(x_i，y_i，z_i)，其对应第m张切片图像，

其中z₀为数字人体模型在Z轴方向上的第一张图片，

第m张切片图像中对应像素的坐标为(x′_i，y′_i)，

其中，(x₀，y₀)为切片图像中的原点坐标。

步骤S2中，人体表面为手臂部表面、手掌部表面、腿部表面、足部表面、躯干部表面中的任一，如果要做全身的匹配，我们需要要求用户的姿势与数字人尽量保持一致。我们的数字人是平躺，那么用户的姿势最好也是平躺，如果用户是侧躺，则匹配度会不好，如果是蜷缩，则完全不能做到全身匹配。但是，在实际应用中，我们往往不需要全身匹配，只需对人体的某个部位进行匹配就可以，那么我们只需要保证所要匹配的部位，与数字人的对应部位保持姿态一样就可以了。比如我们只关注小腿，那么用户平躺或侧躺都可以进行匹配。

使用计算机视觉技术，对被采集数据的人体进行人体关节位置的识别，确定人体轮廓。也就是说，病人(或模特)躺在床上后，摄像头立刻可以找到人体各个主要关节的位置，从而对人体有了一个大致的定位，而后，再通过贴片+3D定位器的方式，进行一次较细致的定位，例如intel skeleton tracking sdk就有这样的功能，其介绍可参考https：//www.intelrealsense.com/skeleton-tracking/。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种同步实时显示超声与断层解剖图像的成像方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、构建数字人体模型，数字人体模型位于数字3D坐标系内；数字人体模型为卧位，数字人体模型为沿身高方向设置的多个横截面图像组成，横截面图像之间的距离为d，每张横截面图中相邻像素之间的距离为q；

S2、在被采集数据的人体表面特定位置设定感应点，收集感应点在定位装置坐标系下的3D坐标组P，记做p₁,p₂,…,p_n；

S3、寻找数字人体模型表面对应特定位置的点的坐标组P′，记做p′₁,p′₂,…,p′_n；

S4、使用最小二乘法，计算转换矩阵T，使得p′₁＝T*p₁,p′₂＝T*p₂,…,p′_n＝T*p_n；

S5、通过定位装置坐标系中的位置s，计算得到数字3D坐标系中的位置s′，s′＝T*s；

S6、获取采集数据的人体的超声图像，将超声图像与切片图像匹配，即根据数字3D坐标系中的位置s′，从数字人体模型中计算该位置的切片图像；超声图像中第i个像素的坐标为(x_i,y_i,z_i)，其对应第m张切片图像，

其中z₀为数字人体模型在Z轴方向上的第一张图片，

第m张切片图像中对应像素的坐标为(x′_i,y′_i)，

其中，(x₀,y₀)为切片图像中的原点坐标。

2.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S2中，通过在人体表面设置贴片，使用自由度为6的感应装置确定贴片坐标，感应装置通过电磁感应或者光学感应定位贴片。

3.根据权利要求2所述的成像方法，其特征在于：被采集数据的人体所在环境设有多个坐标基准点。

4.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S2中，特定位置包括骨骼端部、肚脐，特定位置数量≥3个。

5.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：步骤S2中，人体表面为手臂部表面、手掌部表面、腿部表面、足部表面、躯干部表面中的任一。

6.根据权利要求1所述的成像方法，其特征在于：进行步骤S2前，使用计算机视觉技术，对被采集数据的人体进行人体关节位置的识别，确定人体轮廓。