CN114869332A - 一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法 - Google Patents

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邵西良
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Abstract

本发明涉及三维超声图像重组，具体涉及一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，初始位置重置、九轴传感器重置，并解算起始位置及姿态；利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置；利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态；获取当前超声图像信息，并计算超声图像插入的空间位置；进行三维点插值后输出三维超声图像；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的无法对超声图像进行精准、便捷地三维重建的缺陷。

Description

一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法
技术领域
本发明涉及三维超声图像重组，具体涉及一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法。
背景技术
目前，普通的超声在进行三维超声图像重组时一般有两种方式：一种是使用三维超声探头；还有一种是使用二维超声探头加上图像识别来进行三维图像重建。
第一种方式使用三维超声探头进行扫描，虽然重建的三维超声图像质量较高，但扫描范围有限，一般只能扫描探头刚性几何图像范围内的图像，无法形成较为全面的器官三维扫描图，而且三维超声探头一般比较昂贵，且容易损坏。
第二种方式是通过手动的方式移动二维超声探头，根据图像分析来进行三维重建，这种方法精度很低，而且非常容易失败。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，能够有效克服现有技术所存在的无法对超声图像进行精准、便捷地三维重建的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，包括以下步骤：
S1、初始位置重置、九轴传感器重置，并解算起始位置及姿态；
S2、利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于S1中三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置；
S3、利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态；
S4、获取当前超声图像信息，并计算超声图像插入的空间位置；
S5、进行三维点插值后输出三维超声图像。
优选地，S1中解算起始位置及姿态，包括：
以磁力方向为Y轴正方向，重力方向为Z轴负方向，正交于两个方向的唯一方向为X轴，并利用右手定则确定X轴正、负方向，解算起始位置及姿态。
优选地，S2中利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于S1中三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置，包括：
在三轴加速度计重置的位置获得X轴、Y轴、Z轴三个方向的加速度，对加速度进行积分得到速度：
v(t)＝∫a(t)dt＝v'(t)+v0
其中，v(t)为理论待求速度，v’(t)为速度的原函数，v0为初始速度；
进一步对速度进行积分得到位移：
s(t)＝∫v(t)dt＝s'(t)+s0
其中，s(t)为理论待求位移，s’(t)为位移的原函数，s0为初始位移。
优选地，所述三轴加速度计重置位置处的绝对坐标作为三维坐标系的原点。
优选地，S3中利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态，包括：
利用回传的四元数数据解算当前探头空间姿态：
r＝atan2(2(q2*q3+q0*q1),(q0*q0-q1*q1-q2*q2+q3*q3))
p＝asin(2(q0*q2+q1*q3),(q0*q0+q1*q1+q2*q2+q3*q3))
y＝atan2(2(q1*q2+q0*q3),(q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3))
其中，r、p、y分别为翻转角、俯仰角、航向角，q0、q1、q2、q3为回传的四元数数据。
优选地，S4中计算超声图像插入的空间位置，包括：
根据当前探头空间位置、当前探头空间姿态，计算超声图像在三维超声图像中的位置及角度。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，利用安装在探头尾部的九轴传感器来对探头进行位置定位和姿态定位，通过传感器获取数据来对超声图像进行精准、便捷地三维重建，有效提升了传统超声图像三维重组时的自动化和智能化程度，降低了对三维超声探头的硬件要求，以及对操作人员的经验性要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，如图1所示，①初始位置重置、九轴传感器重置，并解算起始位置及姿态。
其中，解算起始位置及姿态，包括：
以磁力方向为Y轴正方向，重力方向为Z轴负方向，正交于两个方向的唯一方向为X轴，并利用右手定则确定X轴正、负方向，解算起始位置及姿态。
②利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于S1中三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置，具体包括：
在三轴加速度计重置的位置获得X轴、Y轴、Z轴三个方向的加速度，对加速度进行积分得到速度：
v(t)＝∫a(t)dt＝v'(t)+v0
其中，v(t)为理论待求速度，v’(t)为速度的原函数，v0为初始速度；
进一步对速度进行积分得到位移：
s(t)＝∫v(t)dt＝s'(t)+s0
其中，s(t)为理论待求位移，s’(t)为位移的原函数，s0为初始位移。
本申请技术方案中，三轴加速度计重置位置处的绝对坐标作为三维坐标系的原点。
③利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态，具体包括：
利用回传的四元数数据解算当前探头空间姿态：
r＝atan2(2(q2*q3+q0*q1),(q0*q0-q1*q1-q2*q2+q3*q3))
p＝asin(2(q0*q2+q1*q3),(q0*q0+q1*q1+q2*q2+q3*q3))
y＝atan2(2(q1*q2+q0*q3),(q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3))
其中，r、p、y分别为翻转角、俯仰角、航向角，q0、q1、q2、q3为回传的四元数数据。
④获取当前超声图像信息，并计算超声图像插入的空间位置。
其中，计算超声图像插入的空间位置，包括：
根据当前探头空间位置、当前探头空间姿态，计算超声图像在三维超声图像中的位置及角度。
⑤进行三维点插值后输出三维超声图像。
本申请技术方案，利用安装在探头尾部的九轴传感器来对探头进行位置定位和姿态定位，通过传感器获取数据来对超声图像进行精准、便捷地三维重建，有效提升了传统超声图像三维重组时的自动化和智能化程度，降低了对三维超声探头的硬件要求，以及对操作人员的经验性要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、初始位置重置、九轴传感器重置，并解算起始位置及姿态；
S2、利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于S1中三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置；
S3、利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态；
S4、获取当前超声图像信息，并计算超声图像插入的空间位置；
S5、进行三维点插值后输出三维超声图像。
2.根据权利要求1所述的基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：S1中解算起始位置及姿态，包括：
以磁力方向为Y轴正方向，重力方向为Z轴负方向，正交于两个方向的唯一方向为X轴，并利用右手定则确定X轴正、负方向，解算起始位置及姿态。
3.根据权利要求2所述的基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：S2中利用三轴陀螺仪和三轴加速度计，基于S1中三轴加速度计重置的绝对坐标解算当前探头空间位置，包括：
在三轴加速度计重置的位置获得X轴、Y轴、Z轴三个方向的加速度，对加速度进行积分得到速度：
v(t)＝∫a(t)dt＝v'(t)+v0
其中，v(t)为理论待求速度，v’(t)为速度的原函数，v0为初始速度；
进一步对速度进行积分得到位移：
s(t)＝∫v(t)dt＝s'(t)+s0
其中，s(t)为理论待求位移，s’(t)为位移的原函数，s0为初始位移。
4.根据权利要求3所述的基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：所述三轴加速度计重置位置处的绝对坐标作为三维坐标系的原点。
5.根据权利要求3所述的基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：S3中利用三轴加速度计和三轴磁力计解算当前探头空间姿态，包括：
利用回传的四元数数据解算当前探头空间姿态：
r＝atan2(2(q2*q3+q0*q1),(q0*q0-q1*q1-q2*q2+q3*q3))
p＝asin(2(q0*q2+q1*q3),(q0*q0+q1*q1+q2*q2+q3*q3))
y＝atan2(2(q1*q2+q0*q3),(q0*q0+q1*q1-q2*q2-q3*q3))
其中，r、p、y分别为翻转角、俯仰角、航向角，q0、q1、q2、q3为回传的四元数数据。
6.根据权利要求5所述的基于九轴传感器的三维超声图像重组方法，其特征在于：S4中计算超声图像插入的空间位置，包括：
根据当前探头空间位置、当前探头空间姿态，计算超声图像在三维超声图像中的位置及角度。
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