CN217932071U - 一种用于三维超声成像系统的校准工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于三维超声成像系统的校准工具，包括基板和开设在基板上的校准单元，基板包括上表面和下表面，校准单元包括开设在下表面上的多个凹槽结构，使用时，三维超声成像系统的超声探头沿所述上表面扫描待测部位。通过在基板的下表面开设具有不同形状、不同深度的多个凹槽结构，使用时，超声探头从基板的上表面沿着基板上的凹槽结构的形状进行扫描，超声波透过基板传播到凹槽结构上，然后信号返回超声探头，得到包括凹槽结构的三维超声图像；再利用该三维超声图像上的凹槽结构的角度与基板上的凹槽结构的实际角度进行比对，即可得到用于校准的角度测量误差，可以实现大范围的三维超声成像的校准，具有尺寸小、成本低、易操作的特点。

Description

一种用于三维超声成像系统的校准工具

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于三维超声成像系统的校准工具。

背景技术

超声成像技术具有无辐射、低成本的特点，被广泛应用于临床医学影像诊断。相对于二维超声成像，三维超声成像可以呈现立体解剖结构，例如采用三维超声成像对胎儿、心脏、血管等位置进行检查。三维超声成像主要有两种方式，一种是采用面阵超声探头进行扫描获得空间体数据，从而得到三维图像；另外一种是采用传统的二维超声成像技术结合空间定位技术，将三维空间位置参数与所获得的二维超声图像进行逐一配对，然后进行图像重建得到三维超声图像。采用二维超声结合空间定位技术的三维超声成像技术可以实现大范围的结构扫描，比如采用三维超声成像系统对脊柱侧弯的临床检查。在现有方法中，一般采用仿生材料内置小球、线等方式来检测超声探测的深度、分辨率、成像角度等。然而这种校准方法在目前用于大范围三维成像的超声系统的校准中比较难实现，特别是对图像的中的角度的测量精度要求比较高的场景，例如，在对脊椎进行超声扫描判断是否发生脊柱侧弯时，脊柱角度的测量精度对于测量结果十分重要。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于三维超声成像系统的校准工具，以通过简单的方式对三维超声成像系统的测量角进行校准。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于三维超声成像系统的校准工具，包括基板和开设在所述基板上的校准单元，所述基板包括上表面和下表面，所述上表面与所述三维超声成像系统的超声探头接触，所述校准单元包括开设在所述下表面上的多个凹槽结构。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述基板选自亚克力板、ABS塑料板、POM塑料板及硅胶板中的一种。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述多个凹槽结构通过机械铣刀加工成型、模具成型或三维打印的方式形成在所述基板的下表面。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，还包括多个贯穿所述基板的上表面和下表面的定位孔。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述凹槽结构包括第一凹槽边和第二凹槽边，所述第一凹槽边和所述第二凹槽边的夹角范围为0度到90度。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述第一凹槽边和所述第二凹槽边的夹角选自20度、40度和60度中的一个或多个。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述第一凹槽边的长度小于15cm，所述第二凹槽边的长度小于8cm。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述凹槽结构的底部距离所述上表面的距离的范围为0.5cm到4cm。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述凹槽结构选自圆形凹槽、方形凹槽、三角形凹槽或星型凹槽中的一种或几种。

在本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具中，所述下表面为抛光面。

本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具具有以下有益效果：本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具在基板的下表面开设具有不同形状、不同深度的多个凹槽结构，使用时，超声探头从基板的上表面沿着基板上的凹槽结构的形状进行扫描，超声波透过基板传播到凹槽结构上，然后信号返回超声探头，得到包括凹槽结构的三维超声图像；再利用该三维超声图像上的凹槽结构的角度与基板上的凹槽结构的实际角度进行比对，即可得到用于校准的角度测量误差，可以实现大范围的三维超声成像的校准，具有尺寸小、成本低、易操作的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1为本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的正面示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的的横截面示意图；

图3为使用本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的测试结果图；

图4为为本实用新型另一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的正面示意图；

图5为本实用新型再一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的横截面示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型总的思路是：针对现有的校准方法在目前用于大范围三维成像的超声系统的校准中比较难实现，无法对测量角度进行校准的问题，本实用新型提供一种用于三维超声成像系统的校准工具，通过基板的下表面开设多个形状不同、深度不同的凹槽结构，超声探头在扫描时从基板的上表面沿着基板上的某一个凹槽结构进行扫描，超声波透过基板传播到该凹槽结构上，然后信号反射返回超声探头；通过对所得到的超声图像进行图像处理，三维重建和图像映射后得到冠状面的角度图像与凹槽结构的角度进行比对，即可反映出该三维超声成像系统的测量角度误差。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

图1为本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的正面示意图；图2为本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的的横截面示意图。如图1和图2所示，本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具包括基板1、开设在基板1上的校准单元和多个定位孔5，基板1包括上表面11和下表面12。其中，上表面1为平面，在使用时，三维超声成像系统的探头6沿基板1的上表面11以预定角度扫描待测部位，使得超声波穿过基板到达扫描部位，因此，超声波需要在基板中进行传播，即基板1的材质为声学材质。进一步地，基板1选自亚克力板、ABS塑料板、POM塑料板及硅胶板中的一种。

具体地，在本实施例中，下表面12上开设有多个凹槽结构(凹槽2、凹槽3、凹槽4)作为校准单元。其中，可以采用机械铣刀加工成型、模具成型或三维打印的方式在基板1上分别形成多个凹槽结构。进一步地，形成在基板下表面12上的凹槽结构的数量不受限制，每个凹槽结构的形状和在基板上的开设深度也不受限制，可以根据实际三维超声校准的需要加工在基板的下表面上加工具有不同形状和不同深度的凹槽结构，以校验三维超声扫描后在扫描部位的投影图像的轮廓是否在误差范围内。例如，在图1和图2所示的实施例中，校准单元包括了3个凹槽结构，每个凹槽结构分别由两条凹槽边(第一凹槽边和第二凹槽边)组成，其中，第一凹槽边的长度小于15cm，第二凹槽边的长度小于8cm。在本实施例中，凹槽在基板的开设深度相同，但是在实施例中，凹槽在基板的开设深度也可以不同，即凹槽2、凹槽3、凹槽4的底部距离上表面的距离不相同，可以选自0.5cm到4cm中的任意值。进一步地，两条凹槽边形成的角度各不相同，凹槽2的夹角为20度，凹槽3的夹角为40度，凹槽4的夹角为60度，具有这种图案的凹槽结构适用于校验三维超声扫描后在冠状面的投影图像的轮廓是否在误差范围内。通过将作为校准单元的多个凹槽结构开设在超声探头扫描的背面即基板下表面，可以避免超声耦合剂进入凹槽中不方便清洁，同时超声波束传播到凹槽表面会放射，这样在超声图像上就会形成阴影，从而可以更好地模拟超声传播到骨头表面的情况。进一步地，为了达到更好的超声反射效果，还可以将凹槽表面进行抛光处理形成具有抛光面的下表面。

具体地，在本实用新型一实施例中，基板1的四个角上有定位孔，该定位孔贯所述基板的上表面和下表面以在校准时固定该校准工具，本领域技术人员可以理解的是，也可以采用其他固定方式，例如，磁性吸附等。

下面详细阐述一下，使用本实用新型提供的校准工具对三维超声成像系统的成像角度进行校准的过程：将校准工具进行安装固定，并就校准工具进行水平、垂直方向的调整；在三维扫描前，需要设定扫描范围，在校准工具上先选定起始扫描位置，然后再选定结束扫描位置；对校准工具的选定扫描范围内进行超声扫描，扫描过程中记录在校准工具上获得超声图像信息和空间位置信息，扫描完成后进入数据保存和处理；对所获得的超声图像和空间位置信息进行三维重建，对重建后的三维体数据进行分割和图像映射；获得扫描部位的图像，对图像进行测量，输出测量结果。

图3为使用本实用新型一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的测试结果图，为扫描脊柱的三维超声成像形成的冠状面图，采用的校准工具为图1和图2所示的校准工具，且选择了凹槽3的图案所在的区域作为扫描范围。如图3所示，在所输出的冠状面超声图像上具有与凹槽3结构相近的图案，通过比较冠状面超声图像上形成的这个图案的夹角φ与凹槽3的角度的实际值φ‘进行比较，即可得到三维超声对角度的的测量精度。为了提供校准的准确度，可以进行选用不同的凹槽结构进行多次测量取均值，作为该三维超声的角度测量精度Δ＝Σ|(φ‘-φ)|/n，后续即可以此对角度测量进行校正。校正步骤包括调整三维空间传感器的参数，将空间传感器坐标分量和角度分量，对应于误差分量上进行补偿等到三维空间传感器的新参数。将修正后的三维超声设备再进行校准测试，直到达到误差标准范围内为止。

实施例二

图4为为本实用新型另一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的正面示意图。如图4所示，与图1-2所示的实施例一中的用于三维超声成像系统的校准工具相比，本实施例中的用于三维超声成像系统的校准工具的凹槽结构的形状分别为圆形、方形、三角形、星型。通过选择不同形状的凹槽结构，可以提高校准精度。

实施例三

图5为本实用新型再一实施例提供的用于三维超声成像系统的校准工具的横截面示意图。如图5所示，与图1-2所示的实施例一中的用于三维超声成像系统的校准工具相比，本实施例中的用于三维超声成像系统的校准工具的基板的上表面11为曲面，且凹槽结构的图案的深度各不相同。通过将基板与探头接触的一面设置为曲面，可以适应不同的应用场景的扫描。

本实用新型提供的用于三维超声成像系统的校准工具在基板的下表面开设具有不同形状、不同深度的多个凹槽结构，使用时，超声探头从基板的上表面沿着基板上的凹槽结构的形状进行扫描，超声波透过基板传播到凹槽结构上，然后信号返回超声探头，得到包括凹槽结构的三维超声图像；再利用该三维超声图像上的凹槽结构的角度与基板上的凹槽结构的实际角度进行比对，即可得到用于校准的角度测量误差，可以实现大范围的三维超声成像的校准，具有尺寸小、成本低、易操作的特点。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，包括基板和开设在所述基板上的校准单元，所述基板包括上表面和下表面，所述校准单元包括开设在所述下表面上的多个凹槽结构，使用时，所述三维超声成像系统的超声探头沿所述上表面扫描待测部位。

2.如权利要求1所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述基板选自亚克力板、ABS塑料板、POM塑料板及硅胶板中的一种。

3.如权利要求2所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述多个凹槽结构通过机械铣刀加工成型、模具成型或三维打印的方式形成在所述基板的下表面。

4.如权利要求1所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，还包括多个贯穿所述基板的上表面和下表面的定位孔。

5.如权利要求1所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述凹槽结构包括第一凹槽边和第二凹槽边，所述第一凹槽边和所述第二凹槽边的夹角范围为0度到90度。

6.如权利要求5所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述第一凹槽边和所述第二凹槽边的夹角选自20度、40度和60度中的一个或多个。

7.如权利要求5所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述第一凹槽边的长度小于15cm，所述第二凹槽边的长度小于8cm。

8.如权利要求5所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述凹槽结构的底部距离所述上表面的距离的范围为0.5cm到4cm。

9.如权利要求1所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述凹槽结构选自圆形凹槽、方形凹槽、三角形凹槽或星型凹槽中的一种或几种。

10.如权利要求1所述的用于三维超声成像系统的校准工具，其特征在于，所述下表面为抛光面。

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